Introducao Ao Estudo Da Quimica Analitica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA

DEPARTAMENTO DE QUMICA UFSM

AGR 2007 Qumica Agronomia

QUMICA ANALTICA

UNIDADE 1 - INTRODUO AO ESTUDO DA QUMICA ANALTICA

Prof. Dr. Arci Dirceu Wastowski

2009

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1. UNIDADE 1 - INTRODUO AO ESTUDO DA QUMICA ANALTICA

1.1. Conceitos e objetivos da qumica analtica.

Por que importante conhecermos a composio qumica das substncias? As propriedades mecnicas, eltricas, ticas, trmicas e outras de um material dependem de sua composio qumica. Em alguns casos no so apenas as propores relativas dos vrios tomos e molculas que so importantes, porm tambm a maneira como os tomos esto ligados uns aos outros. O que os qumicos analticos fazem como voc j dever ter adivinhado, aferir a composio qumica dos produtos. A Qumica Analtica um dos vrios ramos da qumica e se preocupa em analisar as substncias ou materiais, isto , separar em partes seus componentes e determinar a natureza e quantidade dos mesmos como um todo. A Qumica Analtica tem tido muita importncia no desenvolvimento da Qumica como cincia, assim como no desenvolvimento de outras cincias. A formulao das leis 2

bsicas da Qumica foi fundamentada quase que unicamente nos resultados de anlises quantitativas. O conhecimento da composio da litosfera, da hidrosfera, da atmosfera etc., o resultado do uso da anlise qualitativa e quantitativa. indispensvel para o estudo da biologia, bromatologia, mineralogia, petrologia, geoqumica, e de outras cincias. A importncia da Qumica Analtica hoje em dia pode ser observada nas grandes Companhias, onde os laboratrios analticos fazem parte crtica das mesmas. Os resultados analticos determinam as conseqncias das decises no controle de qualidade dos produtos produzidos, o controle de processos de produo, o desenvolvimento de novos produtos, e tambm os fatores ambientais e de sade. Grande variedade de indstrias e empresas requer hoje em dia o trabalho do analista qumico. Na maior parte dos casos, seu trabalho redundar numa srie de benefcios para o usurio ou para o consumidor dos produtos elaborados pela indstria ou empresa. Por suas mos que passam os artigos que se destinam venda os quais so analisados quanto qualidade para saber se preenchem os requisitos necessrios e indispensveis para o bom funcionamento. Os analistas que ocupam cargos nos diversos departamentos do governo dedicam-se a verificar se os diferentes produtos tm efetivamente a composio que proclamam os fabricantes e esto descritos nos rtulos.

1.2. Objetivos da qumica analtica qualitativa e quantitativa

QUMICA ANALTICA: a parte da qumica que estuda os princpios tericos e prticos das anlises qumicas. Tem como objetivo prtico a determinao da composio qumica de substncias puras ou de suas misturas. Existem vrios tipos de anlise. Algumas vezes necessrio conhecer apenas os diversos componentes que formam determinado material ou mistura de substncias, o que feito por meio da anlise qualitativa, que determina em sntese os diversos componentes daquele material sem se importar em que quantidade eles esto presentes no material. A Qumica Analtica Qualitativa tem por objetivo determinar a natureza dos constituintes de um dado material, isto , ela est preocupada em responder pergunta: O que est presente?. Ela est relacionada com a identificao. Assim: QUMICA ANALTICA QUALITATIVA: Trata da determinao dos constituintes (elementos, grupo de elementos ou ons) que formam uma dada substncia ou mistura.

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Engloba a anlise qualitativa da amostra, identificando nas prticas de laboratrio os constituintes de uma amostra e estudando nos conceitos tericos, as caractersticas qumicas e o comportamento qumico destes componentes. O procedimento geral para identificao de uma substncia consiste em provocar na mesma, uma variao de suas propriedades, de modo a ser facilmente observada e que corresponda com a constituio da dita substncia. O agente de tal variao chama-se REAGENTE, porque geralmente reage quimicamente com o produto que se deseja reconhecer. Embora, em sentido geral, o reagente possa ser agente fsico como o calor, a luz ou a eletricidade; comumente entende-se por reagente um produto qumico que no estado slido (ensaios por via seca) ou mais frequentemente em dissolues adequadas (ensaio por via mida), empregado para reagir quimicamente com a substncia em anlise. Atualmente a anlise qualitativa pode ser realizada atravs de equipamentos modernos que utilizam mtodos como a espectroscopia U.V., espectrofotometria de absoro atmica, ressonncia magntica nuclear, raio X, cromatografia (CCD, CL, HPLC, etc.). A Qumica Analtica Quantitativa por sua vez procura determinar as quantidades ou propores de cada componente no material analisado, isto , ela est tentando responder pergunta: Quanto est presente?. Est relacionada com a determinao. Assim: QUMICA ANALTICA QUANTITATIVA: Trata da determinao das

quantidades ou propores dos constituintes, previamente identificados, numa dada substncia ou mistura. Em Qumica Analtica Quantitativa, o elemento ou on a ser determinado tratado de maneira a se transformar num composto que possua certas propriedades que lhe so caractersticas. Utiliza mtodos para determinar a quantidade dos componentes de uma amostra. aplicada amplamente nas indstrias, nas diversas fases da reduo e controle da qualidade final dos produtos. Uma anlise quantitativa conta com uma variedade de mtodos, de acordo com a natureza da propriedade que medida. O mtodo mais tradicional o volumtrico, que se baseia nas medidas de volume, atravs de titulaes. A transformao que se processa denominada: REAO ANALTICA A substncia que provoca a transformao denominada: REAGENTE A substncia a ser analisada denominada: SUBSTNCIA PROBLEMA (SP) OU ANALITO

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ANALISE INSTRUMENTAL: Engloba as anlises qualitativa e quantitativa, utilizando aparelhagem sofisticada de acordo com a natureza das amostras e com o que se desja determinar. Exemplos de mtodos instrumentais de anlise: - COLORIMETRIA: baseia-se na itensidade de cor das solues; - POTENCIOMETRIA: baseia-se na ddp (diferenca de potencial) em funo do potencial de ons H+. - ESPECTROFOTOMETRIA: baseia-se na absorbncia das espcies qumica. Alm do desafio do desenvolvimento de metodologias para conseguir-se cada vez mais resultados melhores em um nmero maior de amostras, qumica analtica ainda nos leva a um pensamento crtico e cientfico e resoluo de quaiquer problema qumico.

2. ETAPAS DE UM MTODO ANALTICO

Antes de se decidir por um mtodo analtico em particular, necessrio saber que tipo de informao se deseja de um certo problema analtico. Como diretriz voc deve se questionar sobre o componente de interesse bem como sobre os demais componentes presentes na amostra. Voc deve saber qual o nvel de concentrao do componente de interesse e outras (potencialmente interferentes) espcies qumicas presentes. Voc deve saber o nvel de incerteza a ser obtido e quanto que pode ser tolerado. Voc tambm vai querer saber a respeito dos procedimentos de obteno, armazenamento e transporte das amostras antes que elas cheguem ao laboratrio. Um mtodo analtico inclui todos os estgios desde o registro dos nmeros de identificao assim que as amostras chegam ao laboratrio at a assinatura final nos resultados obtidos. Um mtodo analtico pode conter diferentes etapas at chegar ao resultado final. Porm, de um modo geral e simplificado podemos subdividir um mtodo analtico em 4 etapas: 2.1. Amostragem Nenhuma anlise melhor do que a amostra na qual ela esta baseada. A amostragem a seqncia de operaes especficas, empregadas para se obter que seja representativa do sistema. A amostra , portanto, uma poro mdia tomada do conjunto e que representa as caractersticas do mesmo.

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O principal fator sobre a confiabilidade de qualquer medida analtica est na qualidade da amostra. Muita pouca ateno dada a este assunto. Amostra uma poro limitada de material tomada do conjunto (o universo ou populao, na terminologia estatstica) selecionada de maneira a possuir as caractersticas essenciais do conjunto. Sendo assim, a amostra deve ser representativa do conjunto a ser amostrado, isto , deve possuir a mesma composio que o lote inteiro do material que a amostra vai representar. A representatividade , portanto, uma caracterstica muito importante da amostra. Se a populao a ser amostrada for homognea, maiores sero as chances de se obter uma amostra representativa, caso contrrio, situao fica mais complicada. A quantidade de amostra a ser toada depender da heterogeneidade do material e do tamanho da suas partculas. Para amostras compostas e matrias homogneas, qualquer quantidade representar o todo; entretanto, para tomada de amostras de materiais heterogneos, as operaes se tornam mais complexas. A seleo das pores que compem a amostra baseada em critrios estatsticos adequados, a posteriormente toda a amostra tomada ser reduzida a tamanhos apropriados. Em geral as operaes de amostragem so constitudas das seguintes etapas: a) obteno da amostra bruta representativa; b) reduo da amostra bruta em amostra de laboratrio; c) preparao da amostra de laboratrio para anlise.

a) obteno da amostra bruta representativa; A amostra bruta uma poro selecionada do universo (termo estatstico que significa o conjunto representado pela amostra) e com caractersticas de representatividade do mesmo. A quantidade de amostra bruta depender da heterogeneidade do sistema onde ser obtida e de tamanho das partculas. Existem consideraes e normas estatsticas j estudadas por organizaes privadas e estatais nas quais estabelecida a quantidade a ser tomada de amostra bruta. Uma dessas estabelece que o nmero de partculas que compem amostra bruta depende do erro que desejamos tolerar na medida da mesma.

b) reduo da amostra bruta em amostra de laboratrio; Para reduzir o tamanho da amostra bruta, sem que haja modificaes nas suas caractersticas, torna-se necessria a realizao de algumas operaes, com: 6

1- diminuio dos tamanhos, mediante triturao ou moagem; 2- mistura dos materiais aps a diminuio do tamanho dos fragmentos; 3- diviso da amostra, com rejeio de uma parte e aproveitamento de outra.

c) preparao da amostra de laboratrio para anlise. A preparao de uma amostra de laboratrio compreende as seguintes etapas: a) pulverizao: moagem da amostra. b) secagem da amostra; c) pesagem da amostra; d) dissoluo da amostra. Obs.: durante o processo de moagem a amostra poder sofrer variao na sua composio, devido ao atrito que pode gerar aquecimento da amostra. A amostra pode ser dividida em vrios tipos segundo alguns critrios prestabelecidos: a) amostra aleatria (ao acaso) obtida atravs da escolha totalmente ao acaso de tal modo que assegura que qualquer parte do conjunto tem chance igual de estar sendo escolhida. So aquelas amostras obtidas por um processo totalmente aleatrio de amostragem e formam uma base na qual podem ser feitas generalizaes baseadas em probabilidade estatstica; b) amostra sistemtica implica em uma coleta de amostra peridica. Amostras so coletadas freqentemente e analisadas para refletir ou testar hipteses sistemticas, tais como mudanas na sua composio com o tempo, temperatura ou localizao; c) amostras simples quando se efetua uma nica coleta da amostra do conjunto e se promove a sua anlise; d) amostras compostas quando se coleta vrias amostras simples e se rene todas elas para formar uma amostra maior e mais representativa. Uma amostra composta pode ser considerada um modo especial de tentar produzir uma amostra representativa. Amostragem uma srie sucessiva de etapas operacionais que so efetuadas para assegurar que a amostra seja obtida com a necessria condio de representatividade. No delineamento do plano de amostragem algumas questes so levantadas para melhor definir o plano: a) Quantas amostras devem ser coletadas? b) Qual o tamanho de cada amostra? c) De que parte da populao a amostra ser coletada? d) Devem ser coletadas amostras individuais ou amostras compostas? 7

Para os fertilizantes comerciais a amostragem tem uma legislao especfica (Ministrio da Agricultura, 1975; ABNT, 1996a) e, como exemplo, pode-se citar o caso dos fertilizantes e corretivos slidos ensacados e os fertilizantes granel empilhados em vages ou caminhes.

2.1.1. Amostragem de fertilizantes e corretivos slidos ensacados Usando um tubo duplo, perfurado, com ponta cnica macia e com dimenses descritas na Figura 1, retirar as amostras simples da seguinte maneira: a) Retirar o saco da pilha, coloc-lo no cho, realizar diversas revolues no sentido do comprimento e no sentido da largura e deit-lo na horizontal. b) Inserir totalmente a sonda fechada, segundo a diagonal, e de cima para baixo (Figura 2). c) Abrir a sonda e dar algumas batidas no saco para que o material penetre nos furos da mesma, enchendo-a; fechar a sonda e retir-la, colocando o seu contedo em um recipiente limpo e que evite a absoro de umidade.

d) Repetir a operao de acordo com o nmero de sacos a serem amostrados, conforme as Tabelas 1 e 2.

Tabela 1. Nmero de sacos de fertilizantes a serem amostrados, de acordo com o tamanho do lote (Ministrio da Agricultura, Brasil, 1975). Tamanho do lote (em sacos) At 10 De 11 a 50 De 51 a 100 Superior a 100 Nmero de sacos amostrados Totalidade 10 20 20 + 25% da totalidade

Tabela 2 . Nmero de sacos de corretivos a serem amostrados, de acordo com o tamanho do lote (Ministrio da Agricultura, Brasil, 1975). Tamanho do lote (toneladas) At 20 Mais de 29 8 Nmero de sacos amostrados 10 10 + 1 para cada 5 toneladas adicionais

Figura 1. Sonda para amostragem de fertilizante e corretivo slido ensacado.5

Figura 2. Processo de retirada de amostra em um saco de fertilizante ou corretivo.

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O erro de amostragem o mais importante fator que contribui para a variabilidade do valor final a ser obtido. H somente uma maneira de reduzir este erro de amostragem; coletar e analisar o maior nmero possvel de amostras da populao, dentro de limites econmicos e prticos.

2.2. Preparo da amostra Normalmente, a amostra recebida pelo laboratrio de anlise (amostra bruta) maior que aquela exigida para uma anlise e ento necessrio fazer uma reduo no tamanho da amostra. A reduo da amostra bruta amostra de laboratrio um processo de mltiplos estgios e depende do tipo de amostra considerada. No caso de amostras de solos, compreende os seguintes estgios: 1) Secagem ao ar ou em estufa (100-105); 2) Destorroamento e peneiragem em peneira com abertura de malha de 2 mm; 3) Mistura ou homogeneizao do material; 4) Armazenamento. Para amostras de plantas, so necessrios: 1) Lavagem com gua destilada; 2) Secagem em estufa com circulao de ar forado na temperatura de 65 70 oC, com amostras acondicionadas em sacos de papel perfurados; 3) Moagem das amostras em moinho de ao inoxidvel, tipo Wiley passando em peneira de 1 mm de malha ou 20 mesh; 4) Armazenamento em frascos de vidro com tampa plstica e devidamente identificada.

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Para fertilizante, a reduo do tamanho da amostra bruta pode ser feita por quarteao manual ou por quarteador tipo Jones. As amostras de fertilizantes no devem ser secas e no caso de fertilizantes simples ou misturas unidas deve-se fazer a moagem at pass-la por peneira com abertura de malha de 0,85 mm. Fertilizantes secos ou com tendncia a segregar devem ser modos e passados por peneira com abertura de malha de 0,43 mm. As amostras preparadas de corretivos e fertilizantes devem ser armazenadas em recipientes hermeticamente fechados para evitar absoro ou perda de umidade. Tais operaes so um tratamento prvio da amostra antes que se processe a sua anlise. Um dos objetivos deste tratamento o de obter um material to homogneo que qualquer pequena poro que seja tomada para anlise tenha a mesma condio de representatividade de qualquer outra poro. Este tratamento prvio tambm fornece ao material uma forma que facilita o posterior preparo do extrato, onde obtida uma soluo da amostra para anlise.

2.3. Preparo do extrato.

Os teores dos componentes inorgnicos presentes na amostra esto, na maioria das vezes, em quantidades mnimas e em grande parte necessrio remover a matria orgnica, na totalidade ou em parte, antes da determinao final do elemento de interesse. De um modo geral, os mtodos analticos envolvem a obteno de uma soluo apropriada da amostra (extrato), onde os componentes inorgnicos esto presentes em soluo para serem quimicamente determinados. O tipo de tratamento a ser usado depende principalmente da natureza da amostra e do mtodo de determinao final do componente de interesse. Algumas vezes, a soluo para anlise preparada por simples dissoluo da amostra em gua. Entretanto, a preparao do extrato da amostra envolve quase sempre a completa desintegrao da amostra mediante ataque com cidos fortes, misturas de cidos com oxidantes ou mesmo fuso com agentes adequados. Na escolha do mtodo a ser usado para o preparo do extrato, preciso dar ateno, particularmente, nos seguintes pontos: 12

1)

O mtodo deve ser eficiente e, na medida do possvel, razoavelmente

simples e rpido; 2) O mtodo no deve atacar e comprometer o recipiente em que a amostra

est contida e ser tratada; 3) 4) O mtodo no deve causar qualquer perda do componente de interesse; O mtodo no deve envolver a introduo da espcie qumica a ser

determinada, bem como de qualquer outra espcie qumica interferente, a menos, neste ltimo caso, que ela possa ser eliminada facilmente; 5) O mtodo no deve introduzir uma quantidade excessiva de sais ainda que

relativamente inertes. O mtodo escolhido de obteno de extrato deve assegurar a completa dissoluo da amostra, onde as espcies qumicas de interesse fiquem livres para serem determinadas posteriormente. A maior parte dos mtodos de preparo de extratos realizada atravs da via mida, tambm conhecida por oxidao ou digesto por via mida. As principais vantagens dos mtodos de oxidao por via mida so que eles so aplicveis para uma grande variedade de amostras, so razoavelmente rpidos e menos sujeitos a perdas por volatilizao ou reteno. Eles possuem a desvantagem de no se poder manusear amostras muito grandes, necessitam de supervises constantes por serem potencialmente perigosas, e usam volumes relativamente grandes de reagentes. Os reagentes comumente empregados na oxidao por via mida incluem o cido ntrico, sulfrico, perclrico, clordrico e fluordrico. Como cada reagente possui vantagens inerentes, os mtodos recomendados usam freqentemente um ou mais destes reagentes em mistura e at mesmo em combinao com perxido de hidrognio. A principal vantagem da oxidao por via seca (atravs da queima ou incinerao da amostra na mufla ou forno) que grandes quantidades de amostra podem ser mineralizadas. O processo demorado, porm no requer constantes atenes por parte do operador. A temperatura geralmente mais favorvel varia de 500-550 oC. Tempos excessivos de incinerao aumenta a possibilidade de contaminao da mufla. Alm da volatilizao, certos elementos tambm podem ser perdidos atravs da reao com os recipientes, adsoro ao carbono no queimado ou pela formao de compostos, 13

exemplo, xidos, os quais no so solubilizados por subseqentes procedimentos de extrao.

2.4. Determinao do componente de interesse.

A determinao ou avaliao do componente de interesse propriamente dita pode ser feita por trs maneiras diferentes: a) Pela separao do componente de interesse dos outros componentes e pesagem. base dos mtodos gravimtricos; b) Pela avaliao indireta do peso do componente de interesse, medindo-se o volume de um reagente, necessria para reagir com o mesmo. o fundamento dos mtodos volumtricos; c) Pela avaliao de uma propriedade fsico-qumica qualquer, cuja magnitude seja dependente da massa do componente de interesse. base dos mtodos instrumentais ou fsico-qumicos. O mtodo analtico ideal aquele que detecta apenas o componente de interesse no extrato apresentado para anlise e revela a quantidade exata daquele componente presente na amostra original. Vrios so os critrios que podem ser usados para a classificao dos mtodos analticos, usados em qumica analtica. A classificao a seguir uma das mais simples: a) Mtodos Gravimtricos. A quantidade do componente de interesse determinada separando-a da soluo como um composto insolvel e pesando o precipitado. Uma vez conhecida quantidade de slido obtida, possvel calcular-se a proporo em que estava presente o componente de interesse na amostra original. Por exemplo, pode-se determinar cloretos por precipitao sob forma de cloreto de prata, pode-se determinar sulfatos, precipitando-o como sulfato de brio etc. A maioria dos ons metlicos pode ser precipitada sob a forma de hidrxidos ou carbonatos, que podem ser calcinados (queimados) para formar os xidos, que so pesados. Os metais que formam carbonatos e hidrxidos solveis, como os metais alcalinos, so precipitados na forma de compostos insolveis. 14

O sucesso do mtodo gravimtrico depende principalmente da tcnica usada ter certeza de que todo o componente de interesse precipitado, de que todo o precipitado recolhido, de que ele esteja completamente seco antes da pesagem. b) Mtodos Volumtricos. Neste tipo de mtodo a concentrao desconhecida de uma espcie qumica determinada atravs de uma medida de volume. Existe uma grande variedade de mtodos de anlise volumtrica que podem ser classificadas segundo a natureza das reaes envolvidas: b1) Volumetria de neutralizao (acidimetria ou alcalimetria): quando envolve reaes cido-base; b2) Volumetria de precipitao: quando envolve reaes que formam precipitados; b3) Volumetria de complexao: quando envolve a formao de quelatos; b4) Volumetria de oxi-reduo: quando envolve reaes de oxi-reduo. c) Mtodo Instrumental. Tambm conhecido como fsico-qumico, o qual se baseia na comparao de propriedades fsico-qumicas das amostras, que possui o componente de interesse a analisar, com as mesmas propriedades fsico-qumicas da amostra padro. H uma grande variedade de mtodos instrumentais disponveis atualmente e a sua escolha vai depender das necessidades do laboratrio em termos de recursos disponveis, pessoal especializado e treinado com a metodologia a implantar, substncias a serem analisadas e outros. Como exemplos podemos citar: espectroscopia ou tcnicas espectroscpicas do Ultra Violeta Visvel (UV/Visvel), onde ocorre a interao da radiao eletromagntica com a matria na faixa de comprimento de onda correspondente ao UV/Visvel; espectrometria de absoro atmica (EAA); espectrometria de absoro no infravermelho; espectrometria de ressonncia magntica nuclear; espectrometria de raios-X; espectrometria de massas etc. Ao se decidir por qual mtodo instrumental a ser usado voc deve saber a respeito do desempenho dos mesmos. Alguns fatores que devem ser levados em considerao: seletividade (isto , livre de interferncia), capacidade de determinao de 15

vrios componentes de interesse, sensibilidade, limite de deteco, velocidade, amostrador automtico, facilidade de calibrao, quantidade de amostras e necessidade de pr-tratamento. Alm destes fatores as propriedades correspondentes das amostras devem ser consideradas: por exemplo, quanto est disponvel, se ela necessita de algum prtratamento qumico, como o pr-tratamento ir contaminar a amostra se for necessria uma etapa de pr-concentrao. Tendo feito tudo isto, voc estar apto a exercitar, com certa probabilidade de sucesso, uma anlise qumica. Qualquer mtodo que estiver sendo avaliado ter que ser submetido ainda em sua preciso e exatido.

2.5. Interpretao dos resultados Uma anlise qumica conduzida por um motivo importante, para se atingir um objetivo, para atender uma determinada finalidade. Assim, para que ela tenha xito, o resultado analtico deve ser interpretado e servir de base para uma tomada de deciso: O solo cido? Se for, ser necessrio aplicar calcrio ao solo. O teor de nitrognio do fertilizante no est de acordo com o teor garantindo pelo fabricante? Deve-se reclamar e exigir qualidade. As laranjeiras de um pomar mostraram estar deficientes em zinco? Deve-se efetuar aplicao foliar de fertilizante sulfato de zinco. Nenhuma das etapas mencionada mais importante que outra; quando ocorre falha em uma delas todo o processo de anlise fica comprometido. Mesmo que o engenheiro agrnomo nunca entre em um laboratrio para executar uma anlise deve estar ciente de como o processo ocorre, pois isso o guiar ao atuar na interpretao e utilizao dos resultados analticos.

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3. EXATIDO E PRECISO.

A exatido de uma medida est relacionada com o seu erro absoluto, isto , com a proximidade do valor medido em relao ao valor verdadeiro da grandeza. Diz-se que a medida possui uma alta ou baixa exatido conforme o valor observado se aproxime mais ou menos do valor verdadeiro. A preciso, por outro lado, est relacionada com a concordncia das medidas entre si, ou seja, quanto maior a disperso dos valores menor a preciso. Esta varivel pode ser expressa de vrias maneiras, mas diz-se que quanto maior a grandeza dos desvios menor a sua preciso. O grfico abaixo explica de uma maneira bem clara os conceitos de exatido e preciso (O valor verdadeiro ou real o ponto de confluncia das duas retas no centro do crculo):

* *

* *

** **

* * * * ** **

I No tem preciso, e nem exatido

II Tem preciso e no tem exatido

III No tem preciso, nem exatido

IV Tem preciso

tem exatido

Quando no h preciso nas medidas muito improvvel ter exatido, mesmo que a mdia das medidas seja igual ao valor verdadeiro. Portanto, sem preciso no h exatido.

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4. CONCENTRAO DE SOLUES.

4.1. Soluo. Antes de tratarmos de concentrao necessrio conhecer um pouco sobre soluo. Afinal, o que uma soluo? Define-se soluo como sendo uma mistura homognea composta de dois ou mais componentes. Uma soluo consiste de: a) Solvente. Este o componente da soluo que se apresenta em maior quantidade. Freqentemente, mas no necessariamente, ele a gua, o que caracteriza uma soluo aquosa. Em nosso curso trataremos apenas de soluo aquosa. b) Soluto. Este o componente que, usualmente, se apresenta em menor quantidade. a substncia que se dissolve no solvente. Quando uma substncia slida se dissolve em um lquido, o slido parece desaparecer. As partculas do slido de tamanhos visveis se quebram em partculas minsculas que so distribudas ao acaso atravs do lquido, e o lquido permanece transparente, o que d sentido de ser homognea, isto , de composio nica. O soluto forma uma espcie de ligao com o solvente. No caso de solues aquosas, esta ligao pode ser do tipo de ligaes de hidrognio, como no caso do acar em gua (Figura 1), ou de hidratao (solvatao, no caso do solvente no ser a gua), como ocorre com o sal de cozinha (cloreto de sdio) em gua (Figura 2).

Figura 1. Dissoluo do acar em gua.

Figura 2. Dissoluo do NaCl em gua.

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4.2. gua como solvente. A distribuio de molculas em um fluido controlada pela energia de interao entre as mesmas. A natureza da interao, por sua vez, depende sensivelmente da geometria molecular e distribuio das cargas. No caso particular da gua, ela uma molcula polar e a ligao de hidrognio entre suas prprias molculas ou com outras de mesma afinidade um componente predominante para as energias de interao. Formalmente as propriedades das solues podem ser levadas em considerao em termos de trs contribuies para com a energia potencial total: efeitos de solventesolvente, solvente-soluto e soluto-soluto. A gua dissolve muitas substncias slidas, lquidas ou gasosas, especialmente cidos e slidos inicos. Molculas que so facilmente miscveis com a gua so provavelmente tambm polares e contm um ou mais grupos capazes de fazerem ligaes de hidrognio. Por ser polar, a gua aproxima-se dos ons que formam um composto inico (slido) pelo plo de sinal contrrio carga de cada on, conseguindo assim anular suas cargas e desprend-los do resto do slido. Uma vez separado do slido, os ons so rodeados por molculas de gua, evitando que eles regressem ao slido (ex. NaCl). Devido natureza polar da gua, NaCl pode ser separado em seus ons, isto , Na+ e Cl-, o que significa que o lado da molcula da gua que contm os tomos de hidrognio (+) atrairo os ons Cl-, e os ons Na+ sero atrados pelo lado do tomo de oxignio (-) da gua (Figura 3). Esta a maneira como as substncias slidas inicas se dissolvem na gua, e este processo chamado de hidratao (Figuras 2 e 3). Quando o solvente outro que no a gua, o processo denominado de solvatao.

Figura 3. Hidratao dos ons Na+ e Cl-.

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Nem todas as substncias so polares. Algumas so no polares ou apolares. Benzeno um solvente comum apolar. Devido existncia de substncias polares e apolares, h uma regra que os estudantes e qumicos gostam de usar, para verificar se as substncias podem se dissolver. A regra : o semelhante se dissolve no semelhante. Isto significa que se um qumico est tentando dissolver um soluto polar, um solvente polar deve ser usado, e de modo semelhante, se ele est tentando dissolver um soluto apolar, um solvente apolar deve ser usado. Esta regra funciona em cerca de 95% das vezes, porm como em todas as regras h sempre excees. Algumas propriedades do soluto que so relevantes para a solvatao: verificar se o soluto inico, polar ou no polar, e neste ltimo caso, a extenso com que ele polarizvel. Propriedades do solvente que so relevantes para a solvatao: verificar se podem transferir prtons ou se apresentam ou no dipolo em suas molculas. 4.3 Concentrao. A palavra concentrao se refere quantidade de soluto que dissolvido em um solvente.

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A concentrao um parmetro intensivo, ou seja, independe da quantidade de material considerada. O valor da concentrao indica uma relao entre duas quantidades (soluto e solvente ou soluo). Em situaes domsticas usamos as palavras forte e fraca para descrever a concentrao, por exemplo, de uma xcara de caf. Porm, em situaes qumicas, so utilizados os termos: concentrado ou diludo para falar a respeito da quantidade de soluto presente na soluo. Diludo significa que apenas uma pequena quantidade de soluto dissolvida e concentrado significa que uma poro grande de soluto est presente na soluo. De um modo geral a concentrao definida como: Quantidade de Componente de Interesse CONCENTRAO = Quantidade do Material Total Porm, quando estamos trabalhando com solues, a definio de concentrao se resume a: Quantidade de Soluto CONCENTRAO DE SOLUO = Quantidade de Soluo (Soluto + Solvente) H no mnimo dois motivos para se familiarizar com unidades de concentrao. Um deles que quando se estuda cintica qumica se aprende que a concentrao influencia a velocidade da reao. Concentrao mais elevada indica que as reaes so mais rpidas. O outro motivo que as reaes qumicas dependem do nmero de mols dos reagentes. Os mols dos produtos qumicos podem ser determinados a partir de volumes de solues ao invs de determinao das massas. Medidas de volumes so muito simples. Em se tratando de quantidade de soluto que dissolvida em uma certa quantidade de soluo, a unidade pode ser representada por gramas por litro (g L-1). Porm, outras unidades podem ser utilizadas dependendo do componente de interesse a ser avaliado bem como da matriz onde o mesmo se encontra. Assim sendo, podemos ter concentrao expressa em termos de porcentagem (%) em peso ou em volume (g/100 mL), partes por milho (ppm), partes por bilho (ppb) e assim por diante. 21

Unidades Comuns para expressar concentraes traos unidade parte por milho ppm 1ppm=10 % parte por bilho 1ppb=10-7 % =10 ppm % miligrama mg % mg/100 g mg/100 mL -3 -4

abreviatura

massa/massa mg/Kg g/g g/Kg

massa/volume volume/volume mg/L La/L g/mL g/L ng/mL nLb/mL nL/L pLc/mL

ppb ng/g

a = L - microlitro=10-6L; b = nL - nanolitro=10-9L; c = pL - picolitro=10-12L 1L = 1000 mL; 1mL= 1000 mL; 1mL = 1000 nL; 1nL = 1000 pL. Uma maneira bastante utilizada para exprimir concentrao e que tem sido aceita internacionalmente a converso da quantidade em gramas do componente de interesse (substncia qumica), em nmero de mols. Assim sendo, a concentrao de uma soluo definida como o nmero de mols do soluto em um litro (L) ou um decmetro cbico (dm3) de soluo. A unidade de concentrao em mol L-1 ou mol dm-3 ou molaridade, abreviadamente M. No devemos nos esquecer que 1 mol de qualquer substncia contm 6,022 x 1023 molculas, que o nmero de Avogadro. Assim sendo, a concentrao da soluo pode ser definida como: no de mols de soluto CONCENTRAO DE SOLUO = = M Volume da soluo em L ou dm3 Porm, o nmero de mols do soluto calculado por: massa em gramas n de mols = Massa molecular (MM) ou molo

Ento, resumidamente, a concentrao da soluo fica: massa em gramas 22

CONCENTRAO DE SOLUO = = M (MM ou mol) x Volume da soluo em dm3 ou L

No laboratrio usado um frasco ou balo volumtrico de volume calibrado (Figura 4) para o preparo das solues, as quais, assim preparadas, passam a ser denominadas de concentrao analtica.

Figura 4. Balo volumtrico. As solues concentradas tambm podem ser misturadas com solventes para torn-las diludas. Isto o que temos feito diariamente quando consumimos certos produtos como sucos de frutas, por exemplo. Uma regra bsica que tem sido utilizada na diluio de solues emprega os conceitos adquiridos de molaridade. Em diluies a quantidade de solvente que aumenta e a quantidade de soluto permanece sempre constante. Assim sendo, o nmero original ou inicial de mols do soluto igual ao nmero de mols do soluto no final, ou seja: no mols inicial = no mols final A molaridade (M) expressa como: no de mols/volume (em dm3 ou L). Observa-se ento que o no de mols = M x V Portanto: M(inicial) x V(inicial) = M(final) x V(final) Resumidamente:Mi x Vi = Mf x Vf

Equao geral da diluio

A relao entre volume inicial e volume final tem sido, algumas vezes, denominado de fator de diluio.

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Exemplos: 1. Calcule a concentrao em mol dm-3 (M) das seguintes solues: a) 106 g de Na2CO3 em 1 dm3 de soluo aquosa (mol Na2CO3 = 106) R.: 1 mol dm-3 b) 15 g de Na2CO3 em 250 cm3 de soluo aquosa (MF = 106; 1 dm3 = 1000 cm3 = 1L) R.: 0,566 mol dm-3 c) 5 g de NaCl em 75 cm3 (MF = 58,5; 1 dm3 = 1000 cm3 = 1L) R.: 1,14 mol dm-3 d) 70g de etanol, C2H5OH, em uma garrafa de vinho de 700 cm3 (mol = 46; 1 dm3 = 1000 cm3) R.: 2,17 mol dm-3 e) Uma lata de cerveja de 350 cm3 contendo 5% (m/v) de etanol, C2H5OH (mol = 46; 1 dm3 = 1000 cm3). Obs. A indicao (m/v) quer dizer massa sobre volume, isto , na lata de cerveja h 5 g de etanol em cada 100 cm3 de cerveja. R.: 1,09 mol dm-3 2. Calcular a massa de soluto nas seguintes solues: a) O teor de sal (em g) presente em 1 dm3 de uma soluo de NaCl a 2,5 mol dm-3 (mol = 58,5) R.: 146,25 g de NaCl b) O teor de sal (em g) presente em 100 cm3 de uma soluo salina de 100 cm3 de NaCl a 2,5 mol dm-3 (mol = 58,5; 1 dm3 = 1000 cm3) 24

R.: 14,625 g de NaCl c) Quantos gramas de acar (sacarose, C12H22O11, mol = 342) so necessrios para fazer 250 cm3 de uma soluo 0,01 mol dm-3. R.: 0,855 g de sacarose d) Quantos gramas de lcool etlico (mol = 46) um indivduo estar ingerindo se ele beber quatro clices de 150 cm3 cada de vinho com concentrao 2,17 mols dm-3. R: 59,89 g lcool e) Quantos gramas de lcool etlico (mol = 46) um indivduo estar ingerindo se ele beber quatro latas de 350 cm3 cada de cerveja de concentrao 1,09 mols dm-3. R.: 70,20 g lcool ANEXO

UNIDADES DO SISTEMA INTERNACIONAL EM PUBLICAES DA SOCIEDADE BRASILEIRA DE CINCIA DO SOLO (SBCS)(1)

Com a exigncia mais estrita de uso das unidades do Sistema Internacional (SI) nas publicaes da SBCS, algumas dvidas tm surgido quanto s opes de unidades e prefixos para representar algumas grandezas. Esse no assunto totalmente resolvido em publicaes da rea de solos mesmo em revistas internacionais que fazem uso do SI h mais tempo. No Quadro a seguir so apresentadas as unidades preferidas e aceitas, para uso na SBCS. Algumas opes foram definidas como parte de uma poltica editorial, visando uniformizar unidades. Certos itens sobre os quais pairam dvidas ou controvrsias podero ser revistos futuramente. Sugestes e comentrios sero bem-vindos. ______________________(1)

Transcrito parcialmente de CANTARELLA, H. & MONIZ, A.C. Boletim Informativo da Sociedade Brasileira de Cincia do Solo, Campinas, 20(2):82-83, 1995.

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Unidades SI preferidas e aceitas para uso nas publicaes da Sociedade Brasileira de Cincia do SoloQuantidade/ taxa rea Exemplo de aplicao Preferida rea de terreno rea de vaso rea foliar rea superficial especfica de solo Razo de rea foliar Volume Vaso Tanques, campo Frascos Solues Profundidade do solo Espaamento Espao interatmico (estr. de cristais) Solo, ar etc. Gros, matria seca Parte da planta Concentrao Massa molar conhecida: - meio lquido Elementos no solo: - macroelementos, microelementos carga ou on m2 m2 m2 m2 kg-1 m2 kg-1 de planta m3 m3 L; dm3 L; dm3 m m nm C; K kg ha-1 kg por planta; kg por espiga mol L-1; mol kg-1 mol kg-1; mol dm-3 (ou mmol...) ha cm2 cm2 m2 g-1 dm3;L dm3 mL m3; mL cm cm t ha-1; Mg ha-1; g m2 g por planta; g por espiga Unidade/smbolo Aceita

Comprimento

Temperatura Produtividade, produo

extrato de saturao nutriente em plantas: macroelementos microelementos Massa molar desconhecida meio lquido elementos no solo e planta macroelementos microelementos

mol m-3; mol dm-3; g L-1; g kg-1 mol m-3;g kg-1; g dm-3; cmol kg-1; cmol dm-3 -1 -3 mmol kg ;mmol dm mol m-3; mmol m-3 mol kg-1; mol dm-3 g kg-1; g dm-3 molc kg-1; mol (on) kg-1; molc cmolc kg-1; cmolc dm-3;; -3 -3 -1 dm ; mol (on) dm ; (ou cmol(on) kg ; mmol...) cmol (on) dm-3 -1 -3 mol L ; mol dm ; (ou mmol ...) mol kg-1 (ou mmol...) mmol kg-1; mol kg-1 g L-1; g dm-3 g kg-1; mg kg-1; g dm-3 mg kg-1; mg dm-3; g kg-1 g dm-3 g kg-1; g dm-3 g kg-1 g kg-1 mol m-3; kg m-3; mol mol-1 g kg-1; mg kg-1 mg kg-1; mg kg-1 kg m-3; g kg-1 kg m-3

matria orgnica, argila (textura) Nutrientes em fertilizantes e calcrio Planta: umidade ou matria seca Gases Taxa aplicao de Fertilizantes e calcrio: campo vasos, canteiros Capacidade de Solo troca Solo

g m-3 kg kg-1; Mg m-3 kg kg-1 kg kg-1 ml L-1; g L-1

kg ha-1 t ha-1; g m-2 g kg-1; mg kg-1; g dm-3; mg dm-3; g m-2 mol (on) kg-1; g dm-3; mg dm-3; g m-2 mol (ion)-1; mol (on) dm-3; molc cmol (on) kg-1; cmolc dm-3 kg-1; molc dm-3; (ou mmol...)

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