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Eletrogravimetria Padronização de Solução de CoSO4
Discentes: Gabriel Martins de Alvarenga Renan Diego Zanetti Weslei Bruno Botero
Docente: Prof. Dra. Maria Del Pilar Taboada Sotomayor
Introdução Teórica
CONCEITO ▪ A eletrogravimetria é um método de análise quantitativa
em que o elemento a determinar é isolado mediante a deposição eletrolítica sobre um eletrodo adequado e , então, pesado.
▪ Obtenção de um depósito metálico mediante a redução
de um íon do metal sobre um catodo de platina.
▪ Método simples e exato com erros relativos da ordem de
0,1% em condições favoráveis
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PROCESSO DE ELETRODEPOSIÇÃO
▪ 𝐶𝑜(𝑁𝐻3 )2+ 6 se encontra largamente presente ▪ A partir da eletrodeposição forma-se um depósito
aderente, denso, brilhante com coloração cinzaprateada 4
LEIS DA ELETRODEPOSIÇÃO ▪ A primeira lei da eletrólise estabelece que a massa de
uma substância formada em uma reação eletródica é diretamente proporcional à quantidade de eletricidade que passa através da solução
▪ A segunda lei da eletrólise afirma que as massas de
diferentes substâncias produzidas pela mesma quantidade de eletricidade são proporcionais aos respectivos equivalentes químicos.
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POTENCIAL DE DECOMPOSIÇÃO ▪ A decomposição da solução de um eletrólito somente se
verifica de modo contínuo quando a f.e.m externa aplicada entre os eletrodos sobrepassa um certo valor mínimo, chamado de potencial de decomposição.
▪ A partir do potencial de decomposição observa-se
a eletrólise contínua da solução com evolução de bolhas de hidrogênio 6
POTENCIAL DE DECOMPOSIÇÃO 𝐸𝑎 = 𝐸𝑑 + 𝑖𝑅 Logo:
𝐸𝑎 + 𝐸𝑑 𝑖= 𝑅
▪A
breve passagem de corrente produz pequenas quantidades de hidrogênio e oxigênio, que aderem ás superfícies do catodo e do anodo respectivamente. Quando a voltagem passa o potencial de decomposição, hidrogênio e oxigênio se desprendem para a atmosfera, tornando contínuo o processo de eletrólise.
▪O
potencial de decomposição compreende dois componentes: a f.e.m de retorno e o sobrepotencial. 7
FORÇA ELETROMOTRIZ DE RETORNO ▪ A força eletromotriz de retorno pode ser definida como
uma potencial que depende da composição da célula galvânica formada com os produtos da eletrólise.
▪ Na eletrogravimetria tal força aumenta progressivamente
enquanto o metal se deposita, pois este depende das concentrações da solução eletrolítica. 𝐶𝑢2+ + 2𝑒 − → 𝐶𝑢 1 𝐻2 𝑂 → 𝑂2 + 2𝐻 + + 2𝑒 − 2 𝐸𝑟 = (1,23 + 0,0591 log[𝐻 + ]) − (0,337 +
0,0591 log[𝐶𝑢2+ ]) 2
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SOBREPOTENCIAL ▪ A f.e.m adicional requerida para, alcançar o potencial de
decomposição é definido como sobrepotencial.
▪ O sobrepotencial se deve à condição de irreversibilidade de
um ou de ambos os eletrodos da célula. O aumento efetivo da área da superfície e o aumento da temperatura diminuem a sobrevoltagem.
▪ Exemplo que justifica um sobrepotencial?
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ELETRODEPOSIÇÃO EM MEIO ALCALINO ▪ No caso de metais situados acima do hidrogênio, é preciso
ter em conta a decarga preferencial ou simultânea do íon hidrogênio 𝐸𝐶𝑜 = −0,28 +
0,0591 log 10−1 = −0,30955 2
𝐸𝐻2 = 0,0591 log 10−4 = −0,2364 ▪ Obseva-se um potencial menor para o hidrogênio, logo em
meio ácido, o hidrogênio se reduzirá primeiro, porém, ao considerarmos uma solução alcalina: 𝐸𝐻2 = 0,0591 log 10−8 = −0,472
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CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS DEPÓSITOS ▪ Os depósitos metálicos devem apresentar-se aderentes à
superfície do eletrodo, densos, lisos e brilhantes. Essas propriedades são importantes porque devemos pesar posteriormente o eletrodepósito.
As propriedades físicas que mais influem são: ▪ Evolução do gás ▪ Densidade de corrente ▪ Agitação ▪ Temperatura 11
Procedimento Experimental
APARELHAGEM ▪ Eletrodos de Pt ▪ Solução 0,01 M de CoSO4 ▪ Solução de HNO3 concentrada ▪ Solução de NH4OH concentrada
▪ Solução de (NH4)2SO4 ▪ Galvanostato de corrente controlada ▪ Béquer ▪ Pipeta volumétrica ▪ Etanol e Água para limpeza
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ▪ Os eletrodos de platina conectados a uma rede metálica
foram limpos com solução 10% de HNO3. Após os eletrodos foram secos em dessecador e mediu-se a massa do conjunto.
▪ Adicionou-se, em um béquer de 100 mL aproximadamente
50 mL de CoSO4, 20 mL de NH4OH e 20 mL de (NH4)2SO4.
▪ Os eletrodos foram conectados ao galvanostato e imersos em
solução de água destilada.
▪ Fixou-se a corrente a ser aplicada
eletrodeposição.
em 1 A e iniciou-se a
▪ Após término da deposição, secou-se o eletrodo e mediu-se
novamente sua massa, sendo a diferença entre as massas a massa de Co depositada.
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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Resultados
RESULTADOS ▪ A passagem de corrente pela solução promove a seguinte
reação:
Co+2 + 2e ⇄ Co0 ▪ A presença de NH4OH e (NH4)2SO4 são necessárias para que o procedimento ocorra em um meio básico, devido a baixa deposição do Co em meio ácido. ▪ Cobalto
importante pela presença de propriedades magnéticas e anti-corrosivas, sendo resistente ao desgaste e possuindo boa condutividade térmica
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RESULTADOS ▪ Aplicou-se uma corrente fixa de 1 A e verificou-se a
eletrodeposição: t = 0 min
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RESULTADOS ▪ Aplicou-se uma corrente fixa de 1 A e verificou-se a
eletrodeposição: t = 15 min
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RESULTADOS ▪ Aplicou-se uma corrente fixa de 1 A e verificou-se a
eletrodeposição: t = 30 min
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RESULTADOS ▪ Verificou-se como o potencial aplicado variou nesse intervalo
de tempo, obtendo-se:
E ~ 10,1 - 10,7 V ▪ A f.e.m varia porque a polarização da concentração, assim como o consumo de íons Co+2 provocam uma variação da
corrente, o que obriga o potencial aplicado a variar para manter a mesma constante.
▪ Como resultados experimentais, podemos calcular o
tempo necessário para que ocorra completa deposição, a concentração real da solução de sulfato de cobre e a massa esperada para um rendimento de 100%. 21
ELETRODEPOSIÇÃO TEÓRICA ▪ Imaginando a concentração inicial de 0,0103 M, podemos
estimar o valor depositado.
nºmols CoSO4= CoSO4 . V
nºmols CoSO4= 0,0103 . 0,05 nºmols CoSO4 =0,000515 mols ▪ A partir da quantidade em mols e da estequiometria da
redução do cobalto, podemos encontrar a massa teórica:
massa = nº mols . MM 22
ELETRODEPOSIÇÃO TEÓRICA massa = nº mols . MM ∴ temos que:
massa= 0,000515 x 58,93 massa = 30,34 mg
▪ Sendo assim, teremos um erro de:
(30,5 –30,34) ∆Er = . 100 = 0,53% 30,34 23
ESTIMATIVA DO TEMPO ▪ Através da equação de Faraday para a eletrodeposição
podemos encontrar o tempo necessário para completa deposição do cobalto. Q.MM m= n.F ▪ Sendo a carga 𝑄 = 𝑖. 𝑡, temos: m.n.F t= MM.i
▪ Utilizando a massa de depósito encontrada de 30,5 mg e
considerando a corrente 1 A: 0,0305.2.96500 t= = 99,88 s 1.58,93 24
PADRONIZAÇÃO DA SOLUÇÃO ▪ A massa de Co0 obtida após a eletrodeposição foi de:
massa de Co0= 30,5 mg
▪ Essa massa corresponde a seguinte quantidade em mols:
nº mols de Co0 = 0,0305 / 58,93 nº mols de Co0 = 5,175 x 10 -4 mols
▪ Sabendo-se da estequiometria, essa quantidade em mols deve ser a mesma quantidade de Co+2 e de CoSO4 . 25
PADRONIZAÇÃO DA SOLUÇÃO ▪ Como o volume utilizado de solução foi de 50 mL:
[CoSO4] real = 5,175 x 10 -4 / 0,05 [CoSO4] real = 0,01035 mol L-1
∆Er =
(0,01035 – 0,0103) . 100 = 0,48% 0,0103
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Conclusão
CONCLUSÃO
▪ Através dos resultados observados pode-se confirmar a alta
exatidão e eficiência do método de eletrodeposição devido aos pequenos erros quando comparados aos valores esperados e também foi possível determinar o tempo necessário para completa eletrodeposição de um metal através da utilização das leis da eletrodeposição
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BIBLIOGRAFIA
OHLWEILER, O. A. Química Analítica Quantitativa. Vol 3, 4ª ed., Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Ed. S. A., 1981. SKOOG, D. A. Princípios de Análise instrumental. 5ª. ed. Porto Alegre: Bookman, 2005.
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