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1. Objetivos
O objetivo da prática é da determinação espectrofotométrica de manganês em aço carbono usando-se o método da adição única de padrão volume final fixo.
2. Introdução
A espectrofotometria de absorção molecular é um método que se baseia na absorção da radiação monocromática por moléculas ou espécies iônicas solvatadas em solução. Aproveita-se das propriedades de interação entre a matéria e a radiação eletromagnética para medir a concentração de substâncias químicas orgânicas e inorgânicas. Através de seus resultados, pode ser feitas análises qualitativas e quantitativas. Na primeira, com a utilização de soluções padronizadas da espécie de interesse, pode-se determinar a concentração do analito numa amostra. Na segunda, a concentração da espécie absorvente pela comparação com a intensidade das mesmas linhas ou bandas de absorção.
O campo elétrico da radiação eletromagnética interage com os elétrons da matéria. Existem três diferentes unidades onde se expressam a posição da emissão ou absorsão: o comprimento de onda a frequência v e a energia. A relação estabelecida entre frequência e comprimento da onda é:
= c (equação 1)
Onde c é a velocidade da luz no vácuo. Para o experimento é importante relacionar a energia com a frequência:
E = h (equação 2)
A figura 1, a seguir especifica o posicionamento das principais regiões do espectro eletromagnético. É importante observar que a luz visível ao ser humano representa uma pequena porção do espectro.
Figura 1: regiões do espectro eletromagnético
Expressar a absorbância como cologarítmo da transmitância possibilita a dedução da Lei de Beer, que relaciona a concentração de um analito a sua respectiva absorbância:
A = -Log Po/e = Log T = Ebc (equação 3)
A relação de Lambert-Beer sintetiza a metologia para análise quantitativa de espécies químicas que possuem grupo cromóforo (porção molecular ou íon que absorve luz). É importante salientar que cada espécie absorvente possuir um espectro de absorção característico possuindo assim suas absorbâncias máximas em diferentes comprimentos de onda. Tal fato possibilita a avaliação quantitativa de espécies distintas em uma mesma amostra por meio da seleção do comprimento de onda, que variam geralmente de 190 a 1000nm.
A dosagem do manganês será determinada pela detecção de íons MnO4-, obtido experimentalmente pela dissolução da amostra em HNO3 e conversão para permanganato (púrpura) pela ação do periodato, reações estas representadas por:
IO4- + H3O+ + H2O -> H5IO6
2Mn2+ + 5HIO + 4HO -> 2MnO- +5IO- +11HO+
O espectrofotômetro é usado portanto para essa detecção. Onde são obtidas medidas mais precisas com o uso do branco-dos-reagentes.
3. Procedimento Experimental
3.1 Materiais
3 – frascos de Beacker de 50,0mL
2 – frascos de Beacker de 250,0mL
1 – funil pequeno
1 – espátula
3 – balões volumétricos de 100ml
1 – pipeta graduada de 10ml
1 – pipeta volumétrica de 5ml
1 – espectrômetro ou colorímetro de filtro
1 – cubetas espectrofotométricas
1 – papel absorvente fino
3.2 Reagentes
manganês metálico P.A.
solução de ácido nítrico 1:1
solução de ácido nítrico 1:3
sulfeto de sódio
solução de ácido fosfórico a 85%
periodato de potássio em cristais
3.3 Procedimento Experimental
Pesou-se com precisão de ±0,1 mg, cerca de 0,01 g de manganês metálico grau de pureza p.a. que foi transferido para para um béquer de 100 mL onde foi dissolvido em 30mL de HNO3 1:3. Após a total dissolução do manganês(II) a solucação foi colocada para ebulir brandamente por 15 minutos para remover os óxidos de nitrogênio. Em seguida a solução foi resfriada e transferida quantitativamente para um balão volumétrico de 100 mL. Onde foi diluida até a marca com água destilada e homogeneizada.
Prepararam-se 3 béqueres de 100mL limpos e secos. Foi colocado em cada um dos dois primeiros, com pipeta volumétrica, uma alíquota de 25 mL da solução da amostra e no terceiro béquer, transferiu-se com pipeta volumétrica, uma alíquota de 25mL da solução do branco-dos-reagentes, rotulando-se os béqueres.
Em cada um deles, colocou-se 10 mL de H3PO4 1:1 e a mistura foi homogeneizada. Somente no béquer 2, adicionou-se exatamente 5,0 mL da solução-padrão de Mn(II). Em seguida, adicionou-se nos béqueres 2 e 3, 0,25 g de KIO4. Esses foram aquecidos brandamente até a fervura e mantidos 15 minutos para garantir a total oxidação dos íons Mn(II) a MnO4-. Os béqueres foram resfriados até a temperatura ambiente em banho de gelo para agilizar o processo e transferidas quantitativamente para balões volumétricos de 100 mL, que foram diluídos até o menisco e homogeineizados.
Foram feitas as meidas espectrofotométricas no espectrofotômetro de onda 545nm utilizando-se de cubetas de 1,0cm, considerando-se a solucão branco-dos-reagentes. Os valores obtidos foram anotados.
4. Resultados
Massa da amostra:_0,3943__g
Alíquota da solução da amostra analisada: vx =_25___mL
Volume da diluição: V =_100 mL
Volume da solução-padrão _5_mL
Concentração da solução-padrão,:_0,1011_g-Mn/L
Frasco 3 =_0,226_ Ca
Frasco 2=_0,447_ Ca + Cp
Cálculo da porcentagem de manganês
V=5mL
= (5x0,1011x0,226)/25(0,447-0,226) V=25mL
=2,06x10-2g/L
2,06x10-2g Mn --- 1000mL
X g Mn ------- 100mL
X= 2,06x10-3g Mn
2,06x10-2g Mn --- 1000mL
Z ----- 25mL
Z= 5,15x10-4g Mn
0,3943g aço --- 100%
2,06x10-3g --- Y
Y= 0,52% Mn
5. Discussão
Variações nos resultados obtidos podem ter origem no uso de equipamentos de vidro, que dão margem a imprecisões. Ainda mais deve-se considerar que a presença de contaminantes como Cu(II), Co(III) e Ni(II) na medição espectrofotométrica pode causar interferências na medida da absorbância uma vez que são detectadas no mesmo comprimento de onda máximo do íon MnO4.
Para corrigir esses erros torna-se imprescidível a utilização da solução branco-dos-reagentes. Pode-se desconsiderar a interferência dos íons Fe(III) uma vez que estes foram elimidados pela formação de fosfatos-complexos de Fe(III) incolores pela adição de ácido fosfórico.
Erros intrumentais provenientes do uso do espectrofotômetro tem origem na sua forma de funcionamento,como a dispersão da radiação, instabilidade da emissão de radiação, calibração do detector, o monocromador, fendas, eletrônica e precisão ótica. Mudanças do equilíbrio químico envolvendo espécies cromóforas também podem alterar os resultados. Deve-se destacar também a correta manutenção e calibração do espectrofotômetro como também a limpeza das cubetas, evitando a contaminação da amostra.
Erros com origem na prática experimental pode ter ocorrido com a contaminação da amostra inicial, erros de pesagens e medições de volumes de reagentes, perdas quantativas pelo uso de intrumentos vítreos.
6. Conclusão
O valor obtido experimentalmente, 0.52% Mn, encontra-se próximo ao esperado uma vez que as ligas de aço-carbono possuem em geral de 0.25% a 1.65% de Mn. O experimento mostra a utilizade do método de medição espectrofotométrico para a determinação quantitativa de um soluto, método útil industrialmente para testes de conformidade de material e controle da qualidade de um produto.
7. Referências Bibliográficas
Kotz, John C. – Quimica geral e reações químicas
Rocha-Filho & Silva – Cálculos Básicos da Química
Bastos, Ricardo – Apostila de Quimica Analitica Quantitativa
Skoog – Fundamentos de Quimica Analitica
