Gravimetria: análise gravimétrica, métodos, usos e exemplos - Ciência - 2023

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o gravimetria É um dos principais ramos da química analítica composta por uma série de técnicas cuja pedra angular comum é a medição de massa. As massas podem ser medidas de inúmeras maneiras: direta ou indiretamente. Para alcançar essas 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.

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.

Ajustando essa balança 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. Desta forma, seria determinante gravimetricamente a composição nutricional da maçã.

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. Esta análise é quantitativa, uma vez que responde à pergunta “quanto há?” 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), chega-se 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 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 em princípio obter um precipitado, mas na verdade envolve certas condições, processos, uso de agentes mascaradores e agentes precipitantes, etc., para poder separá-lo da amostra e estar em perfeitas condições para pesagem.

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:

OLS₃(s) => MO (s) + CO₂(g)

Acontece que não se sabe até quanto de MCO₃ (carbonatos metálicos) decompôs-se em seu respectivo óxido. Portanto, a composição do precipitado não é conhecida, pois poderia ser uma mistura OLS.₃MO ou MCO₃3MO, etc. Para resolver isso, é necessário garantir a decomposição completa do OLS₃ para 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 insolúvel o suficiente 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 um tratamento maior: secagem (remoção do solvente) e calcinação (tornando sua massa constante).

Métodos de gravimetria

Na gravimetria existem quatro métodos gerais, mencionados a seguir.

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, é novamente pesado 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. Praticamente uma amostra quente pode ser 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.

-Efetuar 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 na utilização de cadinhos.

Exemplo de análise

Fosfitos

Uma amostra dissolvida em meio aquoso pode ser determinada para seus fosfitos, PO₃^3-, pela seguinte reação:

2HgCl₂(ac) + PO₃^3-(ac) + 3H₂O (l) ⇌ Hg₂Cl₂(s) + 2H₃OU⁺(aq) + 2Cl⁻(ac) + 2PO₄^3-(ac)

Observe que Hg₂Cl₂ precipita. Se o Hg for pesado₂Cl₂e seus moles são calculados, pode ser calculado seguindo a estequiometria da reação quanto PO₃^3-tinha originalmente. Um excesso de HgCl é adicionado à solução aquosa da amostra.₂para garantir que todos os PO₃^3-reagir para formar o precipitado.

Conduzir

Se digerido em um meio ácido, por exemplo, um mineral contendo chumbo, os íons Pb²⁺pode depositar como PbO₂ em um eletrodo de platina usando uma técnica eletrogravimétrica. A reação é:

Pb²⁺(aq) + 4H₂O (l) ⇌ PbO₂(s) + H₂(g) + 2H₃OU⁺(ac)

O eletrodo de platina é pesado antes e depois e, assim, a massa de PbO é determinada₂, dos quais com um fator gravimétrico, calcule a massa do chumbo.

Cálcio

O cálcio em uma amostra pode ser precipitado adicionando ácido oxálico e amônia à sua solução aquosa. Desta forma, o ânion oxalato é gerado lentamente e produz um melhor precipitado. As reações são:

2NH₃(ac) + H₂C₂OU₄(ac) → 2NH₄⁺(ac) + C₂OU₄^2-(ac)

AC²⁺(ac) + C₂OU₄^2-(ac) → CaC₂OU₄(s)

Mas o oxalato de cálcio é calcinado para produzir óxido de cálcio, um precipitado com uma composição mais definida:

CaC₂OU₄(s) → CaO (s) + CO (g) + CO₂(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:

CH₃COCOCH₃(aq) + 2NH₂OH (aq) → DMG (aq) + 2H₂O (l)

2DMG (ac) + Ni²⁺(ac) → Ni (DMG)₂(s) + 2H⁺

El Ni (DMG)₂É pesado e um cálculo estequiométrico determina quanto níquel a amostra continha.

Referências

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