1 Relatrio (Gravimetria Do Calcrio)

Sumário

Introdução e Objetivo........................................................................................................2

Materiais e Método............................................................................................................3

Resultado e Discussões......................................................................................................7

Umidade.................................................................................................................7

Cálculos......................................................................................................7

Perda ao Rubro a 1000ºC.......................................................................................8

Reação........................................................................................................8

Cálculos......................................................................................................8

Resíduo Insolúvel+Sílica.......................................................................................9

Reação de precipitação...............................................................................9

Reação de calcinação.................................................................................9

Finalidade das soluções..............................................................................9

Cálculos......................................................................................................9

Determinação de R2O3.........................................................................................10

Reação de oxidação..................................................................................10

Reação de precipitação.............................................................................10

Reação de calcinação...............................................................................10

Finalidade das soluções............................................................................11

Cálculos....................................................................................................11

Determinação do Cálcio.......................................................................................12


Reação de calcinação................................................................................12


Cálculos....................................................................................................12

Determinação de Magnésio..................................................................................13


Reação de calcinação................................................................................13


Cálculos....................................................................................................13

Resumo dos resultados.........................................................................................15

Conclusão.........................................................................................................................16

Referências.......................................................................................................................17

1

Introdução e Objetivo

Na química analítica, a análise quantitativa compreende a determinação das

quantidades relativas de componentes constituintes de uma amostra. Portanto são

realizadas duas medições: uma no inicio do procedimento, para saber o peso ou o

volume da amostra; e uma no final, para determinar alguma quantidade do analito (a

espécie que está sendo analisada). De acordo com essa medida final, podem ser

utilizados vários métodos, como: gravimétricos, volumétricos, eletroanalíticos ou

espectroscópicos.

Os métodos gravimétricos, de uma forma geral, são demorados e exigem um

tempo moderado do operador, sendo, portanto, eficientes para analisar poucas

amostras. Não sofrem limitação do instrumento utilizado (balança), porém têm a

exatidão comprometida através de perdas por solubilidade ou mecânica do

precipitado, e erros de co-precipitação. Não são métodos específicos (não têm

capacidade de distinguir o analito de todo o resto presente na amostra), mas são

seletivos. Ademais, os equipamentos utilizados são simples, baratos, fáceis de obter e

manter.

A prática teve como objetivo analisar uma amostra de calcário, determinando:

a umidade; a perda ao rubro; o resíduo insolúvel; os óxidos de ferro, alumínio,

manganês e fósforo; o cálcio e o magnésio. o método utilizado é o gravimétrico que

se baseia na medida da massa de uma substância (como um precipitado) para

completar a análise e então calcular a quantidade presente na amostra original.1

Como a prática é analise gravimétrica do calcário, a matriz utilizada é o próprio

calcário, rocha formada a partir do mineral calcita, cuja composição química é o

carbonato de cálcio, basicamente. 2 Seus depósitos têm origem tanto na precipitação

do carbonato de cálcio, dissolvido nas águas de chuvas ou rios, como pela

acumulação de conchas ou restos de microorganismos marinhos. As principais

impurezas contidas no calcário são as sílicas, argilas, fosfatos, carbonato de

magnésio, gipso, glauconita, fluorita, óxidos de ferro e magnésio, sulfetos, siderita,

sulfato de ferro dolomita, matéria orgânica, etc.3 Vale ressaltar que o calcário tem

vasta aplicabilidade podendo ter utilizado na produção de cimento Portland, na

produção de cal (CaO), na correção do pH do solo para a agricultura, na metalurgia,

na fabricação de vidro ou até como pedra ornamental.

2

Materiais e método

Os experimentos foram realizados no laboratório de química analítica,

seguindo-se o procedimento disponível na ficha da prática da análise gravimétrica do

calcário que foi entregue no laboratório. O mesmo procedimento segue abaixo:

ANÁLISE GRAVIMÉTRICA DE CALCÁRIO

1.0 Umidade

1.1 Pese, aproximadamente, 1,0g da amostra moída a 100mesh e passe para um

cadinho de porcelana previamente lavado, seco a 110ºC;

1.2 Leve o cadinho a estufa elétrica, mantendo a temperatura constante durante 1

a 2 horas;

1.3 Retire o cadinho da estufa, deixe esfriar em dessecador e pese;

1.4 Retorne o cadinho para a estufa por mais 30 minutos. Em seguida retire da

estufa, coloque no dessecador até esfriar e pese. Repita essa operação até

obter peso constante;

1.5 Calcule a % da umidade na amostra.

2.0 Perda ao rubro a 1000ºC

2.1 Tome o cadinho da determinação da umidade e leve ao forno mufla

aumentando gradativamente a temperatura até 900-1000ºC e mantendo

constante durante 20 minutos;

2.2 Retire o cadinho do forno quando a temperatura estiver em torno de 200ºC e

deixe em dessecador para esfriar;

2.3 Pese exatamente, anotando o resultado;

2.4 Calcule a % da perda ao rubro.

3.0 Resíduo insolúvel + sílica

3.1 Pese aproximadamente 1,0g da amostra moída e passe para um béquer de

205ml;

3.2 Junte cerca de 10ml de água destilada e misture;

3.3 Cubra com vidro de relógio e junte lentamente 10ml de HCl concentrado,

escorrendo pelo bico do béquer;

3.4 Remova o vidro de relógio e lave-o com água destilada;

3

3.5 Leve a chapa quente para evaporar até secura;

3.6 Junte 10ml de HCl concentrado e 50ml de água destilada;

3.7 Leve ao fogareiro para aquecer, agitando para dissolver;

3.8 Filtre em papel de malha média (fita branca) para béquer de 205ml;

3.9 Lave o precipitado com água destilada quente até eliminação de cloretos;

3.10 A solução deve ser reservada para outras determinações (ferro, alumínio,

cálcio e magnésio);

3.11 Dobre o papel de filtro com o precipitado e coloque em um cadinho de

porcelana previamente tarado

3.12 Leve o cadinho ao forno elétrico aumentando gradativamente a temperatura

até 1000ºC;

3.13 Desligue o forno. E quando a temperatura estiver próxima de 200ºC,

transfira o cadinho para um dessecador e deixe esfriar;

3.14 Pese anotando o resultado;

3.15 Calcule a % de resíduo insolúvel + sílica.

4.0 Determinações de R2O3 (óxidos de ferro, alumínio, manganês e fósforo)

4.1 Adicione à solução reservada do filtrado anterior cerda de 10 gotas de ácido

nítrico concentrado e aqueça próximo à ebulição. A solução a princípio é

escura e depois vai se tornando amarelo claro, o que significa que o ferro

está totalmente oxidado;

4.2 No caso da solução não ficar amarelo claro, adicionar mais gota de ácido

nítrico concentrado e se continua a ebulição até a solução clarear;

4.3 Quando o ferro estiver totalmente oxidado se dilui a solução até 200ml, se

aquece até próximo a ebulição, adiciona-se 2 a 3 gotas do indicador azul de

bromofenol e hidróxido de amônio 1:1 em pequeno excesso;

4.4 Deixa decantar e filtra à quente em papel de filtro faixa preta, lavando o

precipitado com nitrato de amônio 2% quente 3 vezes, recolhendo o filtrado

em béquer de 500ml;

4.5 Transfira o papel de filtro com o precipitado para o béquer de precipitação,

adicione ácido clorídrico concentrado para dissolver o precipitado, macere o

papel de filtro, acrescente água destilada e proceda a reprecipitação

(precipitação dos hidróxidos como feita anteriormente);

4

4.6 Filtre novamente em papel faixa preta, lave o precipitado com nitrato de

amônio a 2% quente até eliminação de cloretos recolhendo o filtrado para

balão de 500ml completando o volume com água destilada, reservando-o

para determinação de cálcio e magnésio;

4.7 Transfira o papel com precipitado para o cadinho de porcelana previamente

tarado e os calcine a 1000ºC;

4.8 Desligue a mufla, espere a temperatura baixar até 200ºC, retire para o

dessecador, deixe esfriar e pese;

4.9 Calcule a % de R2O3 na amostra;

5.0 Determinação de cálcio

5.1 Retire 50ml do filtrado que se encontra no balão de 500ml para béquer de

250ml, adicione 100ml de água destilada e torne o meio ácido com ácido

clorídrico;

5.2 Aqueça até próximo a ebulição, adicione 25ml de oxalato do amônio

saturado quente agitando constantemente e junte hidróxido de amônio até

meio básico. Deixe decantar em banho-maria por uma hora;

5.3 Filtre em papel de faixa azul lavando o precipitado com oxalato de amônio

0,04mol/L;

5.4 Transfira o papel com precipitado para cadinho de porcelana previamente

tarado e proceda a calcinação idêntica às feitas anteriormente;

5.5 Calcule a % de CaO na amostra.

6.0 Determinação de Magnésio

6.1 Inicialmente acidifique a solução da determinação de cálcio com ácido

clorídrico;

6.2 Adicione lentamente sob agitação 15ml da solução de hidrogeno fosfato de

amônio a 10%;

6.3 Em seguida junte, gota a gota, hidróxido de amônio em pequeno excesso

agitando continuamente até o início de precipitação ou no mínimo 10

minutos;

6.4 Junte mais 5ml de hidróxido de amônio concentrado, agite mais um pouco e

deixe em repouso por 12 horas;

5

6.5 Filtre a frio em papel faixa branca, lavando o precipitado com solução

diluída de hidróxido de amônio até eliminação dos cloretos;

6.6 Proceda a calcinação do precipitado de maneira idêntica as feitas

anteriormente. Despreze o filtrado;

6.7 Calcule % de MgO na amostra.

6

Resultados e Discussões

Umidade

Cálculos

Dados:

Massa do cadinho: 13,5224g

Massa da amostra de calcário: 1,0003g

Massa(cadinho+ amostra): 14,5227g

Massa(cadinho+ amostra - umidade): 14,5203g

Cálculo da umidade presente na amostra de calcário e que foi perdida:

O cálculo da perda de umidade da amostra na amostra é realizado através da

diferença entre a massa inicial do cadinho com a amostra de calcário (Massa (cadinho+

amostra)) e a massa final do cadinho com o calcário (Massa(cadinho+ amostra - umidade)):

Massa(umidade) = Massa(cadinho+ amostra) - Massa(cadinho+ amostra - umidade)

Massa(umidade) = 14,5227g - 14,5203g

Massa(umidade) = 0,0024g

Cálculo da porcentagem da umidade presente na amostra de calcário e que foi

perdida:

A porcentagem de umidade perdida é dada por:

% umidade da amostra = x 100%

% umidade da amostra = x 100%

% umidade da amostra = 0,24%

OBS.: É importante ressaltar que esse valor não equivale ao real, pois, por questão de

tempo insuficiente, a amostra não foi deixada na estufa até atingir peso constante, sendo

deixada por apenas 30 minutos.

7

Perda ao Rubro a 1000ºC

Reação

Quando o calcário é posto na mufla, ocorre sua decomposição em óxido de cálcio e

gás carbônico devido à alta temperatura à qual ele submetido. A reação de

decomposição do calcário é:

CaCO3 + impurezas CaO + CO2 ↑ + impurezas calcinadas (1)

Cálculos

Dados

Massa da amostra de calcário: 1,0003g

Massa do cadinho com o calcário antes de ser colocado na mufla (Massa (cadinho+

amostra - umidade)): 14,5203g

Massa do cadinho após sair da mufla (MassaCaO): 14,2826g

Cálculo da massa perdida ao rubro

A massa de perda ao rubro na amostra, ou seja, a massa do CO2 liberado é dada pela

diferença entre a massa do cadinho com o calcário antes de ser colocado na mufla

(Massa(cadinho+ amostra - umidade)) e a massa do cadinho após sair da mufla (MassaCaO):

MassaPERDA AO RUBRO = Massa(cadinho+ amostra - umidade) - MassaCaO

MassaPERDA AO RUBRO = 14,5203g - 14,2826g

MassaPERDA AO RUBRO = 0,2377g

Cálculo da porcentagem da massa perdida ao rubro

A porcentagem da perda ao rubro é dada por:

% perda ao rubro = x 100%

% perda ao rubro = x 100%

% perda ao rubro = 23,76%

Resíduo Insolúvel+Sílica

8

Reação de precipitação

(2)

Após a filtração, foi retido no papel:

Resíduos insolúveis + H2SiO3 → SiO2 + H2O + Resíduos insolúveis (4)

e permaneceu na solução filtrada:

Ca2+

H2O + Cl- Mg2+

Fe3+

Reação de calcinação

SiO2 + H2O + Resíduos insolúveis + C6H10O5 (papel) gggggggggggg

Resíduos insolúveis calcinados + SiO2 + H2O↑ + CO2↑ (5)

Finalidade das soluções

- Ácido clorídrico (HCl): reage com os silicatos presentes na solução formando o

ácido meta-sílico (H2SiO3) que é um precipitado com aspecto gelatinoso, e cloretos de

cálcio, alumínio, ferro, magnésio, manganês e fósforo que permanecem na solução e

portanto não interferem na analise dos resíduos insolúveis e da sílica.

- Água destilada quente: utilizada na lavagem do precipitado, tem função de

purificar o mesmo e evitar um erro positivo na determinação quantitativa.

Cálculos

Dados:

Massa da amostra: 1,0008g


Massa(cadinho + resíduo insolúvel + sílica): 15,9006g

Cálculo da massa do Resíduo insolúvel + sílica:

A massa do resíduo insolúvel + sílica na amostra é dada pela diferença entre a massa

do cadinho + amostra que foi calcinada (Massa(cadinho + amostra)) e a massa do cadinho +

amostra ao final da calcinação (Massa(cadinho + amostra – resíduo insolúvel – sílica)):

9

Massa(resíduo insolúvel + sílica) = Massa(cadinho + resíduo insolúvel + sílica) – Massa do cadinho

Massa(resíduo insolúvel + sílica) = 15,9006g – 15,8077g

Massa(resíduo insolúvel + sílica) = 0,0929g

Cálculo da porcentagem de resíduo insolúvel + sílica contido na amostra:

A porcentagem do resíduo insolúvel + sílica contido na amostra é dada por:

% resíduo insolúvel + sílica = x 100%

% resíduo insolúvel + sílica = x 100%

% resíduo insolúvel + sílica = 9,28%

Determinação de R2O3

Reação de oxidação

HNO3 + Fe2+ → Fe3+ + H2O + NO2 (6)


Cl- Fe3+ + NH4OH → Fe(OH)3 ↓ + Al(OH)3↓ + NH4+ + Cl- (7)

Al3+

Após a filtração, foi retido no papel de filtro: Fe (OH)3 +Al(OH)3

Devido às quantidades muito pequenas de hidróxidos de manganês e fósforo, os

mesmos foram desconsiderados.


(8)


- Ácido nítrico (HNO3): oxida os íons Fe2+ existentes na solução, assegurando a

formação de Fe(OH)3 na precipitação e não uma mistura de Fe(OH)3 e Fe(OH)2.

10

- Hidróxido de amônio (NH4OH): é uma base fraca que tampona o meio e não

permite a precipitação de Sr, Ca, K, Mg e Mn. Não interfere na análise.

- Nitrato de amônio (NH4NO3): é o eletrólito usado na lavagem do precipitado e

por isso evita a peptização (“conversão do precipitado na forma de colóide coagulado

para o seu estado original disperso”1 que atravessa o filtro). Ademais, a lavagem do

precipitado é feita até a completa eliminação dos cloretos, pois se deve evitar a

formação de NH4Cl. O cloreto de amônio pode formar FeCl3 na calcinação e assim

ocasionar a perda do ferro, porque, a uma temperatura de 1.000 ºC, o FeCl3 pode ser

parcialmente volatilizado.

Cálculos

Dados:


Massa(cadinho+R2O3): 10,1410g

Cálculo da quantidade de R2O3:

A quantidade de R2O3 na amostra é dada pela diferença entre a massa do cadinho

com os óxidos (Massa(cadinho+R2O3)) e a massa do cadinho:

Massa(R2O3) = Massa(cadinho+R2O3) - massa do cadinho

Massa(R2O3) = 10,1410g -10,1337

Massa(R2O3) = 0,0073g

Cálculo da porcentagem da quantidade de ferro e alumínio presente na amostra

de calcário:

A porcentagem de Fe2O3 + Al2O3 na amostra é dada pela fórmula:

% R2O3 = x 100%

% R2O3 = x 100%

11

% R2O3 = 0,73%

Determinação do Cálcio


(9)


(10)


- Ácido clorídrico (HCl): Acidifica a solução para formar íons de cálcio e

magnésio.

- Oxalato de amônio ((NH4)2C2O4): utilizado como água de lavagem com a

finalidade de eliminar cloretos, no caso, o cloreto de magnésio, para que não haja

perdas. Quando adicionado a quente aumenta o tamanho dos cristais devido à

diminuição da supersaturação relativa, o hidróxido de amônio tem o mesmo objetivo.

Cálculos

Dados

Massa inicial do cadinho = 10,3364g

Massa(cadinho + CaO) = 10,3931g

Cálculo da massa de cálcio contida na amostra de calcário

A massa de CaO contida na amostra de calcário é dada por:

Massa de CaO = Massa(cadinho + CaO) - Massa inicial do cadinho

Massa de CaO = 10,3931g – 10,3364g

Massa de CaO = 0,0567g

Cálculo da porcentagem de óxido de cálcio presente na amostra de calcário:

12

% CaO = x 100%

% CaO = x 100%

% CaO = 5,66%

Como a determinação do óxido de cálcio foi realizada com uma alíquota de

50ml, multiplica-se a porcentagem de CaO encontrada por 10, pois a solução inicial

continha 500ml:

% CaO total = 10 x % CaO

% CaO total = 56,60%

Determinação de Magnésio


MgCl2 + (NH4)HPO4 + NH4OH → ↓ MgNH4PO4 + NH4Cl + H2O (9)


MgNH4PO4 + NH4OH + Papel → Mg2P2O7 + ↑ NH3 + ↑ CO2 + H2O (10)


- Ácido clorídrico (HCl): converte o magnésio remanescente para a forma de

cloreto e neutraliza o meio.

- Hidrogeno fosfato de amônio (NH4HPO4): agente precipitante do magnésio.

- Hidróxido de amônio (NH4OH): retorna a basicidade do meio, favorecendo a

precipitação do magnésio, como a precipitação é lenta, o sistema foi deixado em

repouso por uma semana.

Cálculos

Dados:


Massa(cadinho + Mg2P2O7): 15,8142g

Cálculo da massa de difosfato de magnésio:

13

A massa de difosfato de magnésio é dada por:

Massa(Mg2P2O7) = Massa(cadinho + Mg2P2O7) - Massa do cadinho

Massa(Mg2P2O7) = 9,7582g – 9,7381g

Massa(Mg2P2O7) = 0,0201g

Cálculo do fator gravimétrico:

PM (MgO) = 40,304g/mol

PM (Mg2P2O7) = 222,551g/mol

O fator gravimétrico é dado por:

f = x

f = x

f = 0,36220

Cálculo da massa de óxido de magnésio:

A massa de óxido de magnésio é dada por:

Massa de MgO = f x Massa(Mg2P2O7)

Massa de MgO = 0,36220 x 0,0201g

Massa de MgO = 0,00728g

Cálculo da porcentagem de óxido de magnésio presente na amostra de calcário:

% MgO = x 100%

%MgO = x 100%

% Mg = 0,727%

14

Como a determinação do óxido de magnésio foi realizada com uma alíquota de 50ml,

multiplica-se a porcentagem de MgO encontrada por 10, pois a solução inicial

continha 500ml:

% MgO total = 10 x %MgO

%MgO total = 10 x 0,7294%

%MgO = 7,27%

Resumo dos resultados

Na tabela 1, pode-se verificar que a soma da porcentagem dos componentes

encontrados totalizam um valor muito próximo a 100%, o que significa que houve

poucas perdas de material, cuidado do operador, etc. E também tem que levar em

consideração que esse valor não seria maior se a caracterização da umidade tivesse sido

feita até peso constante, pois a água que não foi retirada na caracterização da umidade,

evaporou na mufla, na caracterização da perda ao rubro.

Tabela 1: Resultados das análises e seu somatório

ANÁLISE %Umidade 0,24

Perda ao Rubro 23,76Resíduos Insolúveis +

Sílica9,28

R2O3 0,73CaO 56,60MgO 7,27

TOTAL 97,88

Conclusão

15

Através do método de analise gravimétrica adotado, pôde-se analisar a amostra

de calcário e identificar quantidades relativas para: umidade, perda ao rubro e os óxidos

de ferro, alumínio, cálcio e magnésio.

Após a soma de cada analise individual, obteve-se um rendimento de 97,88% ao

invés de 100%, como era o esperado. Essa diferença pode ser conseqüência de uma

série de erros acumulativos devido à falhas de execução ou a erros associados aos

elementos interferentes existentes na amostra original. A perda de material (por

solubilidade ou mecânica do precipitado, e erros de co-precipitação) pode ter feito com

que o somatório das quantidades relativas não tenha chegado a 100%.

Referências

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1- HARRIS, Daniel C.; Análise gravimétrica e por Combustão. In: Química

Analítica Quantitativa. Tradução por: Portela Bonapace, José Alberto; Esteves

Barcia, Oswaldo. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos S.A.,

2005. Cap.27, p.667-683;

2- MACHADO, F.B.; MOREIRA, C.A.; ZANARDO, A; ANDRE, A.C.; GODOY,

A.M.; FERREIRA, J. A.; GALEMBECK, T.; NARDY, A.J.R.; ARTUR, A.C.;

OLIVEIRA, M.A.F. de Atlas de Rochas. [on-line]. ISBN: 85-89082-12-1.

Disponível em: http://www.rc.unesp.br/. Acesso em: 10 Out 2009.

3- Calcário. Disponível em: http://www.wikipedia.com. Acesso em: 09 Mai 2009.

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1 Relatrio (Gravimetria Do Calcrio)

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