Química Analítica Experimental

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CALIBRAÇÃO E USO DE APARELHOS VOLUMÉTRICOS E TRATAMENTO DE DADOS ESPERIMENTAIS

Antônio A. S. Paulino¹

Departamento de Química Fundamental, Universidade Federal de Pernambuco, 50740-540, Recife, Brasil, Tel.: 2126-7444; E-mail: antonioasp_@hotmail.com¹

Entregue em 29/03/2010

Resumo: Tal experimentto tem como objetivo medir a precisão de aparelhos volumétricos com a bureta, balão e pipeta. A medida da precisão é feita a partir do cálculo da massa da água transferida, a qual é feito ultilizando a equação (1) relacionando as gradezas de massa e densidade. Com o valor obtido, volume real transferido, podemos fazer uma análise entre o valor do volume mostrado pelo aparelho e o volume real, assim podemos saber o quanto preciso o aparelho é.

Palavra chave: Aparelhos volumétricos

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Introdução

Quando uma pessoa precisa fazer uma transferência de algum líquido para fazer alguma analise ou reação química melindrosa é de grande importância saber a quantidade exata que se está realmente utilizando, caso contrário os resultados obtidos podem ser aqueles não esperados e vai ficar a dúvida de o porquê não deu certo. Por esse motivo, se torna indispensável à utilização de aparelhos volumétricos de ótima precisão.

Em um laboratório existem basicamente dois tipos de aparelhos volumétricos: TC (“para conter”) aqueles calibrados para conter um certo volume de será transferindo não totalmente, como por exemplo, buretas, provetas e pipetas graduada, e TD (“para dispensar”) calibrados para transferir um determinado volume, como por exemplo, balões e pipetas volumétricos. Tais equipamentos quando utilizados podemos perceber que ficam pequenos fragmentos do líquido aderidos na superfície da parede interna, isso pode acarretar um erro significativo, para isso não acontecer se torna indispensável à certeza da qualidade do equipamento, o qual a marca do menisco já

leva em conta essa quantidade de líquido perdido.

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Equação 1. Relação entre as densidades e volumes da água em qualquer temperatura e a 20 °C.

Além da qualidade, é muito importante o estado de limpeza do aparelho o qual propicia um melhor escoamento do líquido, se o mesmo não apresenta um escoamento uniforme e se adere com facilidade na superfície interna do aparelho, então se torna necessário limpá-lo. Geralmente a limpeza de destes é feita com uma solução de detergente 1 – 2% com escovas finas e tendo o cuidado para não arranhá-lo internamente. Quando é difícil a remoção dos resíduos torna-se necessário a utilização de agentes mais fortes, tais como, soluções de ácidos (exceto HF), sulfocrômica ou etanolato.

Parte Experimental

Foi adicionada água destilada (t.a) em uma bureta até o menisco zero, tendo o cuidado para evitar a formação de bolhas de ar, depois de dez minutos foi verificado que não havia vazamentos. Nesse intervalo de tempo foi pesado um elenmeyer de 50 ml seco, e então transferidos lentamente e 10 ml de água da bureta em seguida foi medido o peso da água transferida em uma balança analítica. Este procedimento foi realizado mais duas vez. Depois disto o procedimento foi repetido mais três vezes com os seguintes volumes: 20 ml, 30 ml, 40 ml.

Utilizando uma pipeta volumétrica de 25 ml seca para transferir água destilada (t.a) para um elenmeyer de 50 ml previamente

pesado. Foi então medido o peso da água transferida em uma balança analítica. Este procedimento foi realizado mais duas vezes. O experimento descrito foi repetido para uma pipeta volumétrica de 50 ml.

Em um balão volumétrico de 50 ml seco, limpo e previamente pesado foi adicionado água destilada (t.a) até a marca do menisco, em seguida foi medido o peso da água adicionada. Esse procedimento foi repetido mais duas vezes e três vezes para um balão volumétrico de 100 ml.

Resultados e discussão

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Para discutir alguns dados obtidos, precisamos entender como estes dados foram obtidos. Então, a massa de água obtida foi calculada pela equação (2).

m = m1 – m2 (2)

Equação para medir a massa de água

Após cálculo das massas de água que foram obtidas pela equação 2 (os resultados estão nas tabelas 1,2 e 3, as quais estão dispostas no anexo 1), realizamos os seguintes procedimentos: cálculo do valor do volume real da transferência (calculado pela equação 5), da média dos valores dos volumes de água obtidos (calculado pela equação 3), desvio padrão, e variância (obtido pela equação 4) para o caso em que se transfere água com a bureta. O cálculo do valor médio da massa foi feito dá seguinte forma:

(3)Equação do valor médio da massa

em que n é o numero de medidas e X1, X2, Xn

são os valores medidos, esses valores estão nas tabelas 4 e 6. A partir do valor médio calculado podemos usá-lo para o cálculo da variância, que é igual:

CV = S x 100% (4) X

onde X é o valor médio e S é o desvio padrão. Assim, podemos apenas calculando a variância determinar o desvio padrão e vice-versa.

Como a densidade da água varia de acordo com a temperatura, teve-se que fazer uma correção no volume para uma verificação mais correta dos dados obtidos, essa correção é feita usando a equação 1, os valores dos volumes reais estão nas tabelas 4 e 6.

Vol. Real = ___Massa de água____ (5). Densidade da água a XºCEquação para calcular o valor do volume real transferido, onde X é o valor da temperatura do líquido

A bureta tem uma precisão de 0,05mL e podemos observar que nenhuma das medias (exceto para 10 ml) feitas estão dentro da margem de precisão da bureta, porém é preciso levar em conta que a aferição da vidraria é feita através da visualização do menisco e esse ato, traz consigo uma porcentagem de erro que não podemos controlar. Levando em conta esses fatores podemos admitir que os volumes transferidos estão com uma margem de erro razoavelmente aceitável em relação ao valor real. Inicialmente podemos observar que o erro associado no caso da pipeta em média aumenta em função do volume adicionado o mesmo podemos dizer em relação ao balão. Ou seja, podemos observar que as vidrarias têm um comportamento semelhante, o qual já se poderia esperar um comportamento semelhante para todas elas. O volume real foi calculado de acordo com a equação 5.

A precisão é de 0,03 para pipeta de 25 mL e 0,05 para de 50 mL. Os balões têm precisão de 0,05 e 0,08 para 50 mL e 100 mL, respectivamente. Com base nesses dados e nos dados das tabelas 4 e 6, podemos afirmar que nenhuma transferência de água feita nos aparelhos se encontrou dentro dos padrões esperados. Porém ainda estão dentro dos limites aceitáveis se for levado em conta os erros de operação experimento

Para tentar explicar ou controlar esses erros, traçamos um gráfico do desvio médio e variância média em função do volume transferido e tentamos identificar algum comportamento familiar em torno dessas curvas. Primeiramente, sabemos que quanto maior o volume que queremos transferir, maior será a chance de cometermos alguma espécie de erro. Para o calculo das variâncias e desvio padrão envolvidos, utilizou-se a equação 4 e estes foram plotados nos gráficos abaixo

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m1: Massa do recipiente cheiom2: Massa do recipiente vazio

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GRÁFICO 1: Desvio padrão médio dos volumes transferidos pela bureta

GRÁFICO 2: Variância média dos volumes transferidos pela bureta

Como pudemos observar nos gráficos, os desvio padrão e a variância têm um comportamento polinomial e se observarmos atentamente, excluindo o primeiro ponto obtém-se nossa hipótese, de que o erro é maior quanto maior for volume medido para ocaso da bureta. No gráfico da variância confirmamos o que realmente acontece quando o volume analisado aumenta de tamanho, ou seja, a oscilação entre as medidas se torna mais provável assim como um erro na medida associada..

Conclusões

Os gráficos mostraram que à medida que aumentamos a capacidade volumétrica das vidrarias aumentamos e muito na chance de se cometer algum tipo de erro que venha a se propagar durante um experimento mais rigoroso. Verificou-se também através da variância que as medidas podem oscilar mais de acordo com aumento da capacidade

volumétrica. As buretas, pipetas e balões foram avaliados todos expressaram valores razoavelmente aceitáveis de volume se for levado em conta os erros de operação do experimento. Através dessa prática conclui-se que é possível averiguar a calibração de vidrarias através de experimentos simples.

Referências bibliográficas

1. Apostila de Química analítica experimental, páginas 4 – 9, 2008.

2. http://leg.ufpr.br/~silvia/CE001/node16.html

3.http://leblon.mec.pucrio.br/~metexp/Teoria/MEC_1602_Conceitos_Basicos.pdf

Questões

1) Limpeza, conservação, tipo de líquido a ser usado.

2) TD: Pipeta volumétrica (25 ml) e (50 ml) – precisão de (0,03 ml) e (0,05 ml) respectivamenteTD: Balão volumétrico (50 ml) e (100 ml) – precisão de (0,05 ml) e (0,08 ml) respectivamenteTC: Bureta (50 ml) – precisão de (0,05 ml)

3) É para saber qual é a densidade do líquido naquela temperatura, a qual varia com a mesma e por conseqüência o volume também.

4) Verifica-se um bom estado de limpeza de um frasco volumétrico observando se o escoamento do líquido é uniforme. Se o frasco não estiver limpo poderá haver uma perda de volume devido ao liquido ficar aderido na superfície interno d frasco, e isso poderá gerar um erro quantitativo, mas não um erro qualitativo. Geralmente se usa detergente e escovas finas para a limpeza de tais equipamentos tendo o cuidado para não arranhá-los internamente, mas se

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haver alguma substância de difícil remoção, poderá ser utilizado soluções ácidas (exceto HF) ou etanolato de sódio.

ANEXO 1 - Dados de Antônio

Tabela 1. Massas e temperaturas na aferição da buretaVolume medido pela bureta (ml)

Peso do elenmeyer (g) Massa da água (g) Temperatura da água (°C)M-1 M-2 M-3 M-1 M-2 M-3 T-1 T-2 T-3

10 39,6415 39,7467 39,7331 9,8997 9,9458 9,9614 32 32 3220 39,7267 39,6658 39,7299 19,9334 19,9632 19,8752 31 31 3030 39,7033 39,6931 39,7157 29,9564 29,8932 29,8147 30 30 3040 39,6567 39,7117 39,7245 39,8951 39,9568 39,9461 30 30 30

Tabela 2. Massa e temperaturas na aferição da pipeta volumétricaVolume medido pela pipeta (ml)

Peso do elenmeyer (g) Massa da água (g) Temperatura da água (°C)M-1 M-2 M-3 M-1 M-2 M-3 T-1 T-2 T-3

25 32,982 33,0061 32,996 25,0321 25,0171 25,0081 31 31 3050 39,7099 39,7349 39, 7161 50,2036 50,1877 50,1729 29 29 29

Tabela 3. Massas e temperaturas na aferição do balão volumétricoVolume do balão (ml)

Peso do balão (g) Massa da água (g) Temperatura da água (°C)M-1 M-2 M-3 M-1 M-2 M-3 T-1 T-2 T-3

50 39,1445 39,1807 39,2335 50,0525 49,9903 49,9725 30 30 30100 56,441 56,737 56,496 99,372 99,549 99,674 29 29 29

Tabela 4. Valores dos volumes reais transferidos e dos desvio padrão e variânciaAparelho V-1 (ml) V-2 (ml) V-3 (ml) Vméddio (ml) Desvio padrão VariânciaPipeta (25 ml) 25,2207 25,2056 25,1966 25,207 0,0122 0,0483Pipeta (50 ml) 50,5201 50,5041 50,4892 50,504 0,0154 0,0306Balão de (50 ml) 50,3225 50,368 50,4892 50,393 0,0861 0,1709

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Balão de (100 ml) 99,999 100,177 100,303 100,159 0,1527 0,152

Tabela 5. Densidade da água em várias temperaturas (1 atm)Temperatura

(°C)Densidade

(g/cm³)Temperatura

(°C)Densidade

(g/cm³)Temperatura

(°C)Densidade

(g/cm³)20 0,99823 25 0,99708 29 0,9959821 0,99802 26 0,99682 30 0,9956822 0,99780 27 0,99655 31 0,9953723 0,99757 28 0,99627 32 0,99506

Tabela 6. Valores dos volumes reais transferidos da buretaVolume da bureta (ml) V-1 (ml) V-2 (ml) V-3 (ml) Vméddio (ml)

10 9,9621 10,0085 10,0242 9,99820 20,0590 20,089 20,1132 20,08730 30,1634 30,2058 30,3851 30,25140 40,1608 40,3061 40,4429 40,303

Tabela 7. Valores do desvio padrão e variância dos volumes da buretaVtransferido(mL) Desvio padrão Variância

10,00 0,0322 0,32320,00 0,0271 0,13530,00 0,117 0,38940,00 0,141 0,3500

Anexo 2 - Dados dos alunos Lívia e Eivson

Tabela 8. Pesos e temperaturas na aferição da buretaVolume medido pela bureta (ml)

Peso do elenmeyer (g) Peso da água (g) Temperatura da água (°C)M-1 M-2 M-3 M-1 M-2 M-3 T-1 T-2 T-3

10 39,4051 39,508 39,449 9,8668 9,9205 99,031 31 31 3120 39,4892 39,4958 39,4950 19,87 18,82 19,505 30 30 3030 39,6736 39,5641 39,4870 29,686 29,752 29,764 30 30 2940 39,7040 39,6952 39,6825 39,641 39,497 39,397 30,5 29 30

Tabela 9. Pesos e temperaturas na aferição da pipeta volumétricaVolume medido pela pipeta (ml)

Peso do elenmeyer (g) Peso da água (g)M-1 M-2 M-3 M-1 M-2 M-3

25 39,704 39,6952 39,6825 25,062 25,121 25,1450 39,7033 39,6865 39,7108 50,216 50,293 50,106

Tabela 10. Pesos e temperaturas na aferição do balão volumétricoVolume do balão (ml)

Peso do balão (g) Peso da água (g)M-1 M-2 M-3 M-1 M-2 M-3

50 37,2998 37,6354 37,4006 49,986 49,892 49,76100 70,34 70,47 70,46 99,29 99,23 99,13

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Tabela 11. Valores do desvio padrão e variância dos volumes da buretaVtransferido(mL) Desvio padrão Variância

10,00 0,02 0,000520,00 0,07 0,00530,00 0,06 0,00440,00 0,1 0,02

 

Tabela 12. Valores do desvio padrão e variância dos volumes das pipetas volumétricas.Vtransferido(mL) Desvio padrão Variância

25. 0,06 0,00350. 0,04 0,002

 

Tabela 13. Valores do desvio padrão e variância dos volumes dos balões volumétricos.Vtransferido(mL) Desvio padrão Variância

50. 0,1 0,01100. 0,2 0,04

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