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Mtodos Clssicos de Separao

Prof. Rafael SousaDepartamento de Qumica - ICErafael.arromba@ufjf.edu.br

Notas de aula: www.ufjf.br/baccan

Analtica V: Aula 15-05-12

Plano de aula

Importncia da extrao qumica nos procedimentos de anlise

Etapas de um processo de extrao

O processo de destilao e exemplos para substnciasinorgnicas

A extrao com solvente (extraes lquido-lquido e slido-lquido)

Exemplos de reaes de precipitao e de precipitaofracionada

Questes para estudo

Mtodos Clssicos de Separao

Precipitao Extraocom solvente

Destilao

Evaporao

Separar um ou mais componentes de uma matriz (amostra)

O que extrair ou separar ?

AMOSTRAUM

COMPONENTEVRIOS

COMPONENTES

INTERFERENTE

ANALITO

?

Possibilidades: separar os ANALITOS ou os INTERFERENTES

pr-concentrao

?

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Mas o que interferncia ?

NH4+ interfere na determinao de K+ com cobaltonitrito

3K+ + Co(NO2)63- K3Co(NO2)6 (s)

3NH4+ + Co(NO2)6

3- (NH4)3Co(NO2)6 (s)

Se presente, a espcie NH4+ precisa ser eliminada antes do teste com o

reagente precipitante (EVAPORAO)

Existem casos em que a interferncia pode ser eliminada adicionando-se um agente mascarante

Ex: Adio de PO43- para mascarar Fe3+ na determinao espectrofotomtrica

de MnO4-

As etapas da extrao/ separao

Precipitao Extrao comsolvente

Formao de um sistema de DUAS FASES

Separao mecnica das duas fases

Analisar a FASEde interesse

Formao de um slido

Filtrao

Adio de um solvente imiscvel no meio

Diviso de lquidos(funis de separao)

As etapas da extrao

Destilao Evaporao

Formao de um sistema de DUAS FASES

Separao fsica de um oumais componentes

Analise da frao (fase)que contem o componente

de interesse

Processo de aquecimento

Processo de aquecimento

1. Separao por destilao

Definio: destilao o processo no qual duas ou mais substncias so separadas atravs do aquecimento

Condio: as substncias apresentem temperaturas de ebulio diferentes

, T1

A (l) A(g) , T2 T2 T1

B (l) B (g)

Ex: Destilao do petrleo (gasolina, leo diesel, etanol...)

Mais comum para separar substncias orgnicas

Exemplos para substncias inorgnicas:

Alguns metais (Sb e Sn), As, C, N, S e os halognios(formam compostos volteis aps reaes especficas)

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Separao por destilao

Funo: purificar e separar substncias

Etapas: evaporao ,(condensao) e coleta da frao separada

Tipos: simples, fracionada e a vcuohttp://ciencia.hsw.uol.com.br/refino-de-petroleo4.htm

Limitaes: separao de azetropos (difcil)

Separao por destilao

Halognios em sol. aquosas forma elementar ou compostos volteis

Oxidao seletiva seguida de destilao

SiO2Ex: F- + HClO4 H2SiF6.H2O (g)

c. hexafluorsilcico

Enxofre H2S a partir de reao com cidos

Ex: S2- + 2 H+ H2S (g)

Nitrognio NH4

+ volatiliza como NH3 em sol. alcalinasNO3

- pode ser convertido NH3 (liga de Devarda: ABNT NBR 7126)

Separao por destilao

Carbono de carbonatos forma CO2 (g) aps reao com cidos

Ex: CO32- + 2H+ H2O + CO2 (g)

Alguns metais (Sb e Sn), As

Volatilizam-se como cloretos(Podem ser separados de outros elementos e entre si)

H+

As (III) + 3Cl- Cl3As (g)

EXERC 1:

Descreva um procedimento para a eliminao de NH4+em uma soluo de amostra, empregando soluo de NaOH. Justifique sua resposta com reaes.

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2. Extrao com solvente(Extrao lquido-lquido)

Baseada na diferena de solubilidade entre duas substncias em relaoA DOIS SOLVENTES, geralmente gua e um solvente orgnico

OCORRE transferncia de um soluto (A) de uma fase para a outra

- Tcnica simples- Temperatura ambiente- A substncia separada ainda pode ser tratada (purificada, pr-concentrada, etc)

funil de separao

Sistema DESCONTNUO(batelada)

Uso: separao e purificao de substncias

Substncias mais polares ou inicas fase aquosaSubstncias mais apolares fase orgnica

Coeficiente de partio (Coeficiente de distribuio, KD)

a constante de equilbrio para a solubilidade de um composto em um solvente 1 em relao a um solvente 2:

KD= C1/C2

C1 e C2 so as solubilidades, NO EQUILBRIO, do composto nos solventes 1 e 2

Nmero alto de KD:grande parte do soluto ir ser transferida para o solvente 1

Na 7 prtica

Calcular o KD para o I2 entre:

gua / tergua/ diclometanogua / tetracloreto de carbono

OBJETIVO: mostrar como se identifica o melhor solvente (maior valor de KD)

Eficincia da extrao (KD): Lei da distribuio de Nernst

Mesmo em casos onde KD bastante alto, mais eficiente se realizar sucessivas

extraes usando volumes pequenos, em vez de uma nica extrao

com um volume maior

Na prxima prtica (comparao entre solventes diferentes):

Trabalhar de forma padronizada:

MESMO VOLUME DE AMOSTRA EM SOLUO AQUOSA (5 mL)

+MESMO VOLUME DE SOLVENTE (10 mL)

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Extrao lquido-lquido de espcies inorgnicas (metais)

Formao de quelatos metlicos(atentar para o pH do meio durante extrao)

Exemplos de aplicaes

Extrao de vrios metais (Al, Be, Ce, Co(III), Ga, In, Fe...)Acetilcetona (quelante) + CCl4 (solvente)

Extrao de Ni e PdDimetilglioxima (quelante) + HCCl3 (solvente)

Vrios outros quelantes:Cupferron, difeniltiocarbazona, dietilditiocarbamato de sdio...

Slido-lquido para substncias orgnicas no slidoSlido-lquido para substncias inorgnicas no slido (mais efetiva)

Slido + solvente

Solvente destiladocontendo a(s) substncias extradas

Extrator de Soxhlet:

Uma das fases um slido, aonde se encontra o solutoUma ou mais substncias vo passar para a fase lquida

Ex cotidiano: Preparao de bebidas como ch e caf

Sistema CONTNUO

Ex. indstria: anlise inorgnica de solos e fertilizantes (elementos minerais e nions)

EXERC 2:

O que um extrator de Soxhlet? Explique como o mesmo funciona.

3. Separao por precipitao

Forma-se um SLIDO contendo o analito na soluo de amostra(sal inico)

Agentes precipitantes Para ons metlicos: OH-, S2- e CO3

2-

O precipitado retirado da soluo por filtrao

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Separao por precipitao

EX: REAES DE PRECIPITAO DE METAIS

COM HIDRXIDO: Mn+ + n OH- Mn(OH)n (s)

COM SULFETO: Mn+ + S2- M2Sn (s)

COM CARBONATO: Mn+ + CO32- M2(CO3)2 (s)

TODAS dependem do pH

Objetivo: formar precipitados seletivamente

PRECIPITAO CONTROLADA (OU FRACIONADA) Controle da concentrao da espcie precipitante, que adicionada soluo de amostra

possvel precipitar um on especfico em uma soluo contendo outrosons que tambm precipitam

Equilbrio de precipitao das espcies envolvidas

Ex: possvel separar Hg(I) de Pb(II) precipitando o Hg(I) com I-:

Hg2I2 (s) Hg21+ + 2I-, Ks

0= 4,6 10-29

PbI2 (s) Pb2+ + 2I-, Ks

0= 7,9 10-9

Por isso possvel (teoricamente) precipitar todos os ons Hg(I) seminterferncia do Pb(II)

Na prtica uma pequena frao de Pb(II) co-precipita com o Hg2I2

Na precipitao fracionada

Ks0 Hg2I2 Ks0 CA(s) soluo saturada

No mais possvel dissolver o sal

Qualquer quantidade de sal que for adicionada ficar naforma slida OU

Adicionar mais Ay- at que no ocorra mais a formao de prec.

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EXERC 3:Calcular a concentrao de OH - necessria para precipitar Mg(OH)2 (s)em uma soluo contendo 0,01 mol L-1 de Mg 2+, sendo 5,9.10 -12 mol 3 L-3 o Ks

0 do Mg (OH)2 (s).

Entendendo o produto de solubilidadeReferncias

Ohweiler, O. A., Qumica Analtica Quantitativa, vol. 1, 2 Ed, Livros Tcnicose Cientficos Editora: Rio de Janeiro,1980

Jeffery, G. H. e col, Vogel Anlise Qumica Quantitativa, 5 Ed, Livros Tcnicos e Cientficos Editora: Rio de Janeiro, 1992

Atkins, P. W., Physical Chemistry, 6th Ed, Oxford University Press:Oxford, 1998

Harries, D. C., Anlise Qumica Quantitativa, 7 Ed, Livros Tcnicose Cientficos Editora: Rio de Janeiro, 2008

MAS A TENDNCIA ATUAL: Tcnicas instrumentais para separao e anlise (prximas aulas)