Aula_1_Introducao a Química Analítica
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Química Analítica
• Definição
– técnicas de identificação e/ou
quantificação
de
espécies
químicas
• Classificação
– Análise Qualitativa: Quem?
– Análise Quantitativa: Quanto?
Métodos de análise qualitativa
• Ensaios que permitem:
– identificação dos elementos/condições
Ex: Fenolftaleína
- indicador de pH: incolor em meio ácido
rosa em meio básico
Ex: Turvação de solução de prata frente ao cloreto
Métodos de análise quantitativa
• Identifica quantidade
• Analito: espécie química de interesse
– Ex: Teor de ferro na água do mar
• Amostra: matriz analisada
– Ex: água do mar
Classificação dos métodos analíticos
• Métodos clássicos
– Volumetria ou titrimetria
– Gravimetria
• Métodos instrumentais
– Elétricos
– Ópticos
• Cromatografia
– Separação e determinação
Etapas do processo analítico
1 – Problema analítico: hipótese
2 – Seleção dos métodos de campo e laboratório
3 – Amostragem do material: - draga vs. core vs mergulho
- preservação
- condicionamento
4 – Processamento da amostra: secagem, moagem,etc...
5 – Sobulibilização da amostra, pre-concentracao, digestão
6 – Determinação/ medida
6 – Processamento de dados e avaliação estatística
7 - Divulgação dos resultados
• Medida da quantidade da amostra
–
Amostra sólida < 1,0g ou µg
–
Amostra líquida mL ou µL
• Multiplicidade da amostra
–
Amostras simples
–
Amostras duplicadas
–
Amostras triplicadas
• Dissolução da amostra
–
Extração Água ou Solventes Orgânicos
–
Ataque com Ácidos e Agentes Oxidantes Abertura úmida
–
Fusão com Sais Abertura seca
Escolha do método analítico
1. Quantidade de amostra disponível
2. Quantidade relativa do componente
desejado
3. Exatidão requerida
4. Composição química da amostra
5. Número de amostras a analisar
6. Recursos disponíveis
Quantidades aproximadas dos
constituintes de uma amostra
Constituintes (analitos)
Quantidades
Maiores
> 1%
Menores
~0,1% a 1%
Traços
Ultratraços
< 0,1%
ppm; ppb; ppt
MEDIDAS EM QUÍMICA ANALÍTICA
• Mol
– É a quantidade de uma espécie química que contém
6,02x1023 partículas (átomos, moléculas, íons,
elétrons, etc).
• Massa Molar (M ou MM)
– A massa em g de 1 mol da espécie química.
– Massa molar atômica Peso atômico
Ex: 1 mol de H = 1,0079g de H,
1 mol de Fe = 55,847g de Fe
– Massa molar molecular Peso Molecular e Peso
Fórmula
Ex: 1 mol de CO2 = 44,01 g de CO2
1 mol de H2O = 18,0158g de H2O
Concentração da solução
• Concentração Molar (Molaridade)
– Concentração da solução expressa em mols
do soluto por litros do solvente.
– Solução 1 molar = 1 mol da substância / 1L
de solução ou 1 molar = 1 mmol da
substância / 1 mL de solução
massa(g)
Molaridade
1
MM(g.mol ).Volume(L)
Densidade
• Densidade = massa da substância / volume
• Unidades: (g/mL) ou (g/cm3) ou (kg/L)
• Expressões de resultados analíticos:
– Amostras sólidas: Relação m/ m
• % analito = massa (g) analito
x 100
massa (g) amostra
– Amostras líquidas:
– Relação m/v
• % analito = massa (g) analito
x 100
volume (mL) amostra
•
Relação v/v
• % analito = volume (mL) analito
volume (mL) amostra
x 100
Fator de diluição
• Fator de correção da concentração da solução após a sua diluição.
V2
C1
f.d.
ou
V1
C2
V1.C1 V2 .C2
Algumas unidades físicas de massa e volume:
Massas
Volumes
1kg = 103g
1L = 103mL
1g = 103mg
1mL = 103µL
1g = 106µg
1L = 106µL
1mg = 103µg
1L = 109L
Unidades comuns para expressar concentrações
traços de analito:
Abreviação
m/m
m/v
v/v
ppm
mg.kg-1
mg.L-1
µL.L-1
ppm
µg.g-1
µg.mL-1
ppb
µg.kg-1
µg.L-1
mg %
mg/100g mg/100mL mL/100mL
Algarismos significativos
• Representam
os
números
de
dígitos
necessários para expressar os resultados de
uma medida.
– Ex.: 0,032g; 0,1000N; 0,2080g; 3,50mL
• Os valores que resultam de observações devem
ser registrados com apenas 1 algarismo
duvidoso.
– Ex.: 1g ≠ 1,0g ≠ 1,05g ≠ 1,053g ≠ 1,0539g
Algarismos significativos
• O dígito 0 (zero) pode ser parte significante de
uma medida.
• Exemplos:
– 0,261 3 algarismos significativos
– 90,7 3 algarismos significativos
– 800,0 4 algarismos significativos
– 0,0670 3 algarismos significativos
– 9,3660 x 105 5 algarismos significativos
Arredondamento de números
• Avalia-se o algarismo duvidoso:
– Se maior que 5 + 1 unidade
– Se menor que 5 mantém o número
– Se igual a 5 Impar = + 1 unidade
Par = mantém o número
• Ex.:
– 9,47 = 9,5
– 9,43 = 9,4
– 9,45 = 9,4
– 9,35 = 9,4
Exatidão e precisão de uma medida
• Exatidão:
– grau de concordância entre o valor achado e
o valor verdadeiro (ou o mais provável)
• Precisão:
– grau de concordância entre medidas
repetidas de uma quantidade. Exprime a
“reprodutibilidade” de uma série de medidas.
A
B
C
D
Teoria dos Erros
• Erros determinados:
– Erros operacionais e erros pessoais. Ex.: perdas
mecânicas de materiais nas diversas etapas da
análise; observação de mudança de cor, em uma
titulação visual; erros matemáticos nos cálculos.
– Erros instrumentais e erros de reagente. Ex.: falhas ou
defeitos nos aparelhos; aparelhos mal calibrados; uso
de reagentes contendo impurezas.
– Erros de método (método analítico). Ex.: reações
laterais e incompletas.
Teoria dos Erros
• Erros indeterminados:
• Refletem pequeninas diferenças entre os
valores experimentais de uma série de medidas
(números de observações). Esses erros não
podem ser evitados.
• Leis matemáticas de probabilidade podem ser
usadas para tratar os valores de uma série de
medidas. Os erros indeterminados tendem a
seguir uma distribuição normal (ou curva
gaussiana).
Distribuição Normal
Mediana e Média Aritmética
• Mediana:
– Num conjunto disposto em
ordem de grandeza, o valor
acima e abaixo do qual há um
mesmo número de casos
• Média Aritmética:
– O quociente da soma de x
valores por N elementos.
• Exemplo:
– Resultados da análise da acidez
total do vinagre:4,62%; 4,68% e
4,59%
– Mediana = 4,62%
– Média Aritmética = 4,63%
X
X
N
Modos de expressar a exatidão
Erro Absoluto
EA Vobservado Vverdadeiro
Erro relativo
Vobservado Vverdadeiro
EA
ER(%)
x100
x100
Vverdadeiro
Vverdadeiro
• Ex.: O resultado de uma análise é 36,97g. O valor aceito
(valor verdadeiro) para a mesma análise é 37,06g.
Calcular o erro relativo.
Desvio padrão
• Expressa a precisão de uma série de medidas (número
observações).
• s - desvio padrão estimado de um conjunto finito de
valores experimentais, para N 30,
• (N – 1) - graus de liberdade,
• X - média estimada (média aritmética),
• m - valor experimental individual em uma série de
medidas (número de observações).
x m
s
N 1
2
Desvio padrão
• Desvio
padrão
relativo
(DPR%
ou
RSD%)
ou
Coeficiente de Variação (CV)
• Limite de confiança (LC) ou
Intervalo de confiança (IC).
– t – parâmetro estatístico
que depende do nível de
confiança usado e N-1
graus de liberdade; os
valores de t encontram-se
tabelados.
s
RSD % .100
X
t.s
LC x
N
Rejeição de resultados
• Usamos o teste Q para
rejeitar valores grosseiros
em uma série de medidas
• Qexp é comparado com Qcrit
(valores críticos para o
quociente Q de rejeição;
encontram-se tabelados).
• Se Qexp > Qcrit rejeitar o
valor
suspeito;
caso
contrário reter o valor.
Qexp
xsuspeito x próximo
xmaior xmenor
Carta de controle
• É um gráfico seqüencial com algum
critério de qualidade. Mostra os limites
estatísticos de variações que são
permitidos, para os valores obtidos
experimentalmente.
• Limite de controle superior (LCS ou UCL)
• Limite de controle inferior (LCI ou LCL)
Carta de controle
Exercícios
1. Um químico obteve os seguintes dados para o
teor de álcool em uma amostra de sangue: %
C2H5OH: 0,084; 0,089 e 0,079. Calcular o limite
de confiança da média ao nível de 95% ,
admitindo não se conhecer a precisão do
método.
2. A análise de uma amostra de calcita resultou
nas porcentagens de CaO de 55,95; 56,00;
56,04; 56,08 e 56,23. O último valor aparece
como grosseiro. Este valor deve ser retido ou
rejeitado?
Exercícios:
1. Calcular a massa em gramas em 1 mol de CaSO4.7H2O (M.A.: Ca = 40,08; S
= 32,06; O = 15,999; H = 1,0079)
2. Calcular o número de mols em 500mg de Na2CO3. (M.A.: Na = 22,990; C =
12,011)
3. Quantos miligramas estão contidos em 0,250 mmols de Fe2O3? (M.A.: Fe =
55,847)
4. Uma solução é preparada pela dissolução de 1,26g de AgNO3 em um balão
volumétrico de 250mL e diluído à volume. Calcular a molaridade da solução
de AgNO3. Quantos milimols deste sal foram dissolvidos? M.A.: Ag = 107,87;
N = 14,007
5. Uma alíquota de 5mL de água do mar foi transferida para um balão
volumétrico de 100mL e seu volume completado com água destilada até a
marca. Calcule o fator de diluição aplicado a esta solução.
6. Uma solução de H2SO4 1mol.L-1 foi diluída em um balão volumétrico.
Sabendo que a concentração do H2SO4 após a diluição é 0,01mol.L-1,
calcule o fator de diluição.
7. Uma solução diluída de vinagre (ácido acético) teve a sua acidez calculada
em 0,427%. Sabendo que a amostra inicial de vinagre foi diluída 10 vezes,
calcule a concentração da amostra antes da diluição.
8. 10mL de uma solução padrão de Fe(III) foi diluída, com água destilada, em um
1.
Qual o volume de H3PO4 85% (m/m) necessário para
preparar 250 mL de uma solução de H3PO4 1 mol.L-1.
(MM = 98g.mol-1, d = 1,71 g/mL) ?
2.
Qual a massa de iodeto de potássio para preparar 2L
de uma solução de KI 10% (m/v)?
3.
Qual a massa de CuSO4.5H2O (MM = 249,69 g.mol-1)
necessária para preparar 500mL de uma solução
padrão de Cu(II) 2,0 g.L-1 (MM = 63,546 g.mol-1)?