Quimica_ManualAluno_12ano.pdf

Repblica Democrca de Timor-LesteMinistrio da Educao

Manual do AlunoQUMICA12. ano de escolaridade

Projeto - Reestruturao Curricular do Ensino Secundrio Geral em Timor-Leste

Cooperao entre:Ministrio da Educao de Timor-Leste | Cames - Instituto da Cooperao e da Lngua | Fundao Calouste Gulbenkian | Universidade de Aveiro

Financiamento do Fundo da Lngua Portuguesa

Manual do AlunoQUMICA12.o ano de escolaridade

Este manual do aluno propriedade do Ministrio da Educao da Repblica Democrtica de Timor-Leste, estando proibida a sua utilizao para fins comerciais.

Os stios da Internet referidos ao longo deste livro encontram-se ativos data de publicao. Considerando a existncia de alguma volatilidade na Internet, o seu contedo e acessibilidade podero sofrer eventuais alteraes. Caso tenha sido inadvertidamente esquecido o pedido de autorizao de uso de algum material protegido por copyright, agradece-se que seja comunicado, a fim de serem tomadas as providncias adequadas.

TtuloQumica - Manual do Aluno

Ano de escolaridade12.o Ano

AutoresMaria Otilde SimesAntnio Jos FerreiraMaria Arminda Pedrosa

Coordenadora de disciplinaMaria Arminda Pedrosa

Consultora cientficaIsabel P. Martins

Colaborao das equipas tcnicas timorenses da disciplina Este manual foi elaborado com a colaborao de equipas tcnicas timorenses da disciplina,sob a superviso do Ministrio da Educao de Timor-Leste.

IlustraoFbio FreitasJoana Augusta Santos

Design e PaginaoEsfera Crtica Unipessoal, Lda.Fbio Freitas

1 Edio

Conceo e elaboraoUniversidade de Aveiro

Coordenao geral do ProjetoIsabel P. Martinsngelo Ferreira

Ministrio da Educao de Timor-Leste

2014

ISBN978 - 989 - 753 - 118 - 7

Impresso e AcabamentoBuana Mega Perdana Unipessoal, Lda.

Tiragem4000 exemplares

3

ndice

Unidade Temtica

A A | Segurana Alimentar e Qualidade AmbientalA.1 Medies e anlises em qumicaA.1.1 Tipos e qualidade das mediesA.1.2 Testes bsicos em anlise qumicaA.1.3 Deteo de adulteraes e de falsificaesMais Questes

A.2 Reaes em soluo aquosaA.2.1 Reaes de cido-baseA.2.2 EletrlitosA.2.3 Reaes de complexaoA.2.4 Reaes de precipitaoA.2.5 Anlise por titulaoMais Questes

A.3 Oxidao-reduoA.3.1 Reaes de oxidao-reduoA.3.2 Clulas eletroqumicas pilhasA.3.3 Medidores de pHMais Questes

88

192628

32325154606769

7575808890

12 ano - Controlo de Qualidade, Segurana e Sade5

4

B | Meios de Diagnstico e Investigao Forense

B.1 Estrutura eletrnica em tomos e molculasB.1.1 Interaes entre radiao e matriaB.1.2 Espetroscopia atmicaB.1.3 Ligao qumicaB.1.4 Espetroscopia molecularMais Questes

B.2 Qumica nuclearB.2.1 O ncleo atmicoB.2.2 Qumica e medicina nuclear: diagnsticos e terapiasMais Questes

B.3 Ligaes intermolecularesB.3.1 Tcnicas cromatogrficasB.3.2 EletroforeseB.3.3 Separao e identificao de componentes de uma misturaMais Questes

Anexos

9696

108111123133

137137142150

151151163165167

169

Unidade Temtica

B

NO ESCREVAS NESTE LIVRO. Devers prestar ateno a este smbolo

Quando o encontrares, escreve no teu caderno tudo o que necessitares para responder ao que te for pedido.

5

12 ano Controlo de Qualidade, Segurana e Sade

O tema Controlo de Qualidade, Segurana e Sade permite relacionar ideias importantes em Qumica com conhecimentos de outras disciplinas, como Biologia, integrando-as em Objetivos de Desenvolvimento do Milnio, por exemplo, melhorar a sade materna, reduzir a mortalidade infantil ou combater a SIDA, malria e outras doenas. Para concretizar essa integrao, consideram-se problemas atuais, e ligados vida quotidiana e apontam-se alguma solues. A aplicao de critrios de qualidade pretende garantir que produtos e servios so

adequados ao fim a que se destinam. Especialistas em qumica tm um papel central em controlo de qualidade, definindo mtodos e tcnicas para examinar a constituio e a composio de materiais. O controlo de qualidade aumenta a confiana dos consumidores em particular na rea da segurana alimentar.

Liberdade e segurana so importantes conquistas civilizacionais. As investigaes legais e criminais procuram que a aplicao da justia se baseie em dados e provas fiveis, por vezes irrefutveis, fornecidas por anlises laboratoriais.

Para avaliar o estado de sade das pessoas recorre-se com frequncia a anlises clnicas e tcnicas de obteno de imagens, como os raios X. Grande parte destes meios complementares de diagnstico baseia-se em mtodos analticos desenvolvidos em qumica.

As abordagens propostas neste manual tm em conta relaes entre conhecimento qumico, em particular de Qumica Analtica, e problemticas envolvidas em controlo de qualidade, segurana e sade, nomeadamente: segurana alimentar, qualidade ambiental, mtodos auxiliares de diagnstico e investigao forense.

As tcnicas analticas mais bsicas fundamentam-se em reaes qumicas ou na medio de propriedades fsicas. So as tcnicas analticas mais acessveis, sobretudo por serem mais baratas e mais simples. So amplamente usadas em ensaios laboratoriais e em testes rpidos, os quais permitem, por exemplo, averiguar e despistar situaes de poluio ambiental ou de segurana e qualidade alimentares.

Unidade Temtica A | Segurana Alimentar e Qualidade AmbientalSubtema A.1 Medies e anlises em qumicaSubtema A.2 Reaes em soluo aquosaSubtema A.3 Oxidao-reduo

8 | Unidade Temtica A | Segurana Alimentar e Qualidade Ambiental

A.1 Medies e anlises em qumica

As medies e as anlises em qumica tm um extenso campo de aplicao, que inclui a segurana alimentar e

a qualidade ambiental. A maioria das anlises qumicas requer um laboratrio com infraestruturas adequadas e

o recurso a tcnicas e equipamentos especficos. Contudo, algumas tcnicas bsicas podem realizar-se fora de

laboratrios e fornecer informao preliminar sobre a constituio ou composio de um material. Alguns testes

rpidos podem ser usados em trabalhos de campo para avaliar a qualidade de guas ou de solos. Tambm se

usam testes rpidos na deteo de fraudes em alimentos.

A.1.1 Tipos e qualidade das medies

A ligao de qumica com o quotidiano cada vez mais acentuada, pois as necessidades pessoais e sociais exigem informaes

detalhadas sobre produtos de consumo, como alimentares (guas, iogurtes, sumos, enlatados...), medicamentos,

fitossanitrios, detergentes ou cosmticos. Na maioria das situaes as leis obrigam a publicar no rtulo da embalagem a

composio qumica do seu contedo e, muitas vezes, essa informao s pode ser obtida por medies e anlises qumicas.

1.1.1 A qumica analtica e o seu campo de aplicaes

A qumica analtica a parte de qumica que estuda a composio qumica de materiais. Agrega tcnicas e

mtodos de anlise de amostras de materiais. Em face de um dado material, quando se pretende determinar a

sua composio qumica, permite dar resposta a perguntas como:

- O que contm? Qual a composio qualitativa?

- Quanto tem de cada componente? Qual a composio quantitativa?

Em anos anteriores j se estudou a composio qumica de guas (A.3.1, 10 ano), de alguns medicamentos

(B.1.1, 10 ano), de alimentos e fertilizantes (A.1.2, 11 ano), analisando os rtulos de embalagens destes

produtos. Tambm se estudaram parmetros de qualidade de guas potveis, de guas para rega e para uso

balnear (B.1.1, 11 ano). Estudou-se a qualidade do ar, gravemente afetada por poluentes atmosfricos (B 4.4,

11 ano) e, em particular, a do ar interior (B 4.5, 11 ano).

Existem ainda outras situaes em que fundamental determinar a composio de materiais.

Numa anlise de guas, o analista mede e regista os valores, por exemplo, dos teores em nitritos e em metais

pesados e dos SDT (slidos dissolvidos totais). A partir deles, pode decidir-se se uma gua pode ser usada,

por exemplo, para uma hemodilise, para fabricar cerveja ou simplesmente para beber.

Medies e anlises em qumica | 9

Numa anlise de solos, o analista mede o pH e, tendo em conta o valor obtido, pode decidir se o solo

apropriado para determinada cultura e, no caso de o no ser, como corrigi-lo.

Numa anlise de fluidos biolgicos (sangue, urina,...), o analista mede e regista o valor das grandezas

medidas. Com eles, o mdico faz o diagnstico e, face aos valores de referncia decididos pelas organizaes

de sade, toma decises. Delas pode depender por exemplo, se um atleta fica fora de uma competio por

as anlises terem revelado a presena de substncias consideradas dopantes.

A anlise qumica usada em vrios campos, como em medicina, indstrias alimentar e farmacutica, qumica

ambiental, astronomia e cincia forense, onde se investigam evidncias de crimes, por exemplo incndios

intencionalmente provocados ou falsificaes de obras de arte e de jias. Os arquelogos tambm se apoiam em

tcnicas analticas para determinar a dieta de humanos primitivos, atravs da anlise dos ossos dos seus esqueletos.

Em anlises qumicas, realizam-se medies com instrumentos, como a bureta, a pipeta e a proveta para medir

volumes de lquidos. Por vezes, tambm necessrio medir a temperatura, com um termmetro (Fig. 1).

Figura 1 Proveta graduada, pipeta, balo volumtrico, bureta e termmetro.

A balana usa-se para medir massas, sendo o equipamento mais usado num laboratrio de qumica. Estas

balanas so de elevada exatido, sendo comum considerar-se vrios tipos, incluindo:

Balana de preciso balana com resoluo de 0,1 g a 0,001 g;

Balana analtica balana com resoluo de 0,0001 g ou de 0,00001 g.

A resoluo da balana traduz o valor mnimo que o mostrador da balana pode indicar. Assim, quanto maior for

a resoluo da balana, menor ser a massa que ela pode medir (Fig. 2).

BA

Figura 2 Modelos de balanas: analtica (A); de preciso (B).


1.1.2 Medies e medidas

Ao ato de medir chama-se medio. Como resultado da medio de uma grandeza (por exemplo, massa, volume,

comprimento) obtm-se, em geral, um nmero com as respetivas unidades, isto , obtm-se o valor medido (ou

medida).

Ao instrumento usado na medio chama-se instrumento de medio e pessoa que faz a medio chama-se

operador.

Por melhor que seja a qualidade do instrumento de medio, por mais cuidadoso que seja o operador, existe

sempre um erro de medio, que fica associado medida. Por isso, na prtica, nunca possvel conhecer o

chamado valor verdadeiro.

Por vezes, possvel conhecer um valor que se aceita como o valor verdadeiro. o caso de valores tabelados, por exemplo:

- Constante de Avogadro (6,022 x 1023 mol-1) e volume molar de gases perfeitos a PTN (22,4 dm3/mol);

- Massas molares;

- Pontos de fuso e pontos de ebulio das substncias;

- Constantes de equilbrio de reaes qumicas.

Consideram-se tambm valores verdadeiros os atribudos a:

- Materiais de referncia, como as solues de calibrao para medidores de pH (Fig. 3 A);

- Padres, por exemplo as massas usadas na calibrao de balanas (Fig. 3 B).

A B

Figura 3 Solues de calibrao para medidores de pH (A); massas padro (B).

Assim, possvel fazer uma medio e com base nestes valores aceites como verdadeiros calcular o erro absoluto

e o erro relativo da medida.

O erro absoluto de uma medida, Ea, avalia a diferena entre o valor obtido, Xi, e o valor verdadeiro, Xa:

Ea = Xi XaO erro relativo de uma medida, Er, compara o mdulo do erro absoluto com o valor verdadeiro. Exprime-se

habitualmente na forma de percentagem:


QuestoUma massa padro de 1,000 kg colocada no prato da balana X que, nessa situao, indica o valor 983 g. Uma outra massa padro, de 200,0 g, colocada no prato da balana Y, a qual indica 205,2 g.

a) Em qual das balanas maior o erro absoluto?

b) Em qual das balanas maior o erro relativo?

Resposta: a) O erro absoluto maior no primeiro caso, j que |983 - 1000| = 17 g e no segundo caso |205,2 - 200,0| = 5,2 g; b) o erro relativo maior no segundo caso, j que (5,2/200) x 100 = 2,6% e no primeiro caso (17/1000) x 100 = 1,7%.

1.1.3 Erros aleatrios e erros sistemticos

O erro de medio resulta da acumulao de vrios erros cometidos no decorrer de uma medio, que podem ser

classificados em dois grupos: erros sistemticos e erros aleatrios. A tabela 1 mostra caractersticas e exemplos

destes dois tipos de erros.

Tipos de erros Algumas caractersticas Exemplos

Sistemticos

Verificam-se sempre no mesmo sentido e, em geral, com a mesma dimenso;

Podem ser detetados e corrigidos atravs da anlise cuidadosa das condies de operao e das tcnicas envolvidas.

Balana mal calibrada; Deficincia de funcionamento; Erros de operao.

Aleatrios Sem qualquer regularidade; So inevitveis, mas tendem a anular-se num elevado

nmero de medies.

Variaes no ambiente do laboratrio; Limitaes dos instrumentos de medida.

Tabela 1 Tipos de erros: caracterizao e exemplos.

Importa minimizar estes erros aperfeioando a medio efetuada, para obter uma medida com a melhor

qualidade.

1.1.4 Exatido e Fidelidade

Quando se quer informar sobre a qualidade dos resultados de uma medio usam-se os termos exatido e

fidelidade.

Exatido traduz a proximidade entre o valor medido e o valor verdadeiro.

Se a exatido elevada, o valor medido est prximo do valor verdadeiro.

Se a exatido reduzida, o valor medido est afastado do valor verdadeiro.

A exatido depende principalmente de erros sistemticos.


Fidelidade (tambm conhecida por preciso) informa sobre a aproximao entre resultados de medies

realizadas repetidamente no mesmo objeto.

Se a fidelidade elevada, os vrios valores medidos esto prximos uns dos outros.

Se a fidelidade reduzida, os vrios valores medidos esto afastados uns dos outros.

A fidelidade depende principalmente de erros aleatrios.

A avaliao da fidelidade requer que se repitam medies e depende das condies em que se fazem essas

medies. Assim, a fidelidade pode chamar-se:

Repetibilidade se as vrias medidas forem obtidas nas mesmas condies, isto , utilizando o mesmo

mtodo, em materiais idnticos, no mesmo laboratrio, pelo mesmo operador, usando o mesmo equipamento

num pequeno intervalo de tempo;

Reprodutibilidade se as vrias medidas forem obtidas em condies diferentes. Por exemplo, utilizando

o mesmo mtodo, em materiais idnticos, mas em diferentes laboratrios, com diferentes operadores ou

utilizando diferentes equipamentos.

1.1.5 Incerteza de uma medida

Quando se fazem medies sucessivas de uma mesma grandeza, a maior parte das vezes no se obtm o mesmo

valor. Geralmente, h pequenas diferenas entre os valores das vrias medidas obtidos nas medies de uma

mesma grandeza. Tal uma evidncia da presena de erros de medio. A incerteza caracteriza a maior ou

menor disperso dos valores obtidos. Ento:

- Valores medidos afastados, indicam maiores erros de medio e maior incerteza;

- Valores medidos prximos, indicam menores erros de medio e menor incerteza.

Assim, o resultado de uma medio, ou seja, a medida, deve conter o valor numrico indicado pelo instrumento

de medio, a incerteza e a unidade respetiva (se existir):

Medida = (valor numrico incerteza) unidade

Por exemplo, se fizermos vrias medies da temperatura do nosso corpo, o resultado final pode ser, por exemplo:

= (37,5 0,1) C

ou

= 37,5 C 0,1 C

Mas como se determina a incerteza?


I. Incerteza associada a instrumentos de medio

A incerteza do instrumento de medio pode estar registada no prprio aparelho. Por exemplo, uma pipeta

volumtrica pode ter marcado 0,02 mL. Tal significa que 0,02 mL a incerteza associada a cada medida feita

com essa pipeta. Se medirmos 10 mL, ento o valor de facto medido estar situado entre (10,00 0,02) mL e

(10,00 + 0,02) mL e o respetivo volume representa-se:

(10,00 0,02) mL

Nos instrumentos digitais a incerteza igual ao menor valor que o instrumento pode marcar. Por exemplo, numa

balana analtica, leu-se o valor:

1,4560 g o registo deste valor deve fazer-se com uma incerteza de 0,0001 g.

A medio pode representar-se:

(1,4560 0,0001) g

Nos instrumentos com escala em que no aparea indicao, a incerteza ser igual a metade da menor diviso da escala.

Por exemplo, numa proveta sem indicao de incerteza em que o valor da menor diviso da escala seja 1 mL e a

leitura seja 55,0 mL, a incerteza 0,5 mL e podemos escrever:

(55,0 0,5) mL

II. Incerteza associada a um conjunto de medidasComo j se referiu, os erros aleatrios tendem a anular-se num elevado nmero de medies. Um dos processos

utilizados para diminuir estes erros consiste em efetuar vrias medies, X1, X2, ..., Xn. Calcula-se a mdia

aritmtica, , que se designa por mdia ou valor mais provvel:

possvel apreciar a fidelidade de uma srie de resultados, calculando o desvio de cada medida em relao

mdia, designado por desvio absoluto di:

A incerteza deste conjunto de medidas dada pelo maior dos desvios, dmx.

III. Incerteza absoluta e incerteza relativa

Sempre que possvel, a medida deve ser expressa usando uma incerteza que tenha em conta a incerteza associada

ao instrumento de medio e a incerteza associada a um conjunto de medidas repetidas da mesma grandeza.

Chama-se, neste caso, incerteza absoluta.

Considera-se a incerteza absoluta como a maior entre a incerteza do instrumento de medio e a incerteza do

conjunto de medidas.

Neste caso, podemos exprimir a medida pela mdia, , e pela incerteza absoluta, X.

Tambm se calcula a incerteza relativa, isto , a incerteza expressa em percentagem:


QuestoPara determinar a concentrao de uma soluo, um aluno realizou trs ensaios para medir o volume de uma amostra da soluo. Utilizou uma pipeta graduada, que tinha a marcao 0,05 mL. Mediu os seguintes valores:

Ensaio 1: 8,45 mL Ensaio 2: 8,41 mL Ensaio 3: 8,44 mL

Indica o modo como o aluno deve apresentar o resultado da medio do volume, tendo em conta a incerteza do conjunto de medidas, a incerteza do aparelho de medida e a incerteza absoluta.

Resposta: necessrio calcular a mdia: e os desvios:

Ensaio Volume V /mL di / mL dmx / mL

1 8,45 |8,45 - 8,43| = 0,02

0,022 8,41 |8,41 - 8,43| = 0,02

3 8,44 |8,44 - 8,43| = 0,01

A incerteza do conjunto de medidas o maior dos desvios, isto , 0,02 mL.

A incerteza do aparelho de medida 0,05 mL.

A incerteza absoluta ser a maior, entre a incerteza do instrumento de medio: 0,05 mL, e a incerteza do conjunto de

medidas: 0,02 mL.

Ento, neste caso, o valor medido estar entre 8,38 (8,43 0,05) mL e 8,48 (8,43 + 0,05) mL, ou seja, funo da mdia

e da incerteza absoluta: V = (8,43 0,05) mL

1.1.6 Algarismos significativos

Indicar no valor da medio efetuada o nmero de algarismos significativos um processo de informar da

incerteza associada a uma medio. Para o conseguir so necessrias leituras na escala do instrumento utilizado,

o que determina o nmero de dgitos que devem figurar no resultado da medio.

Pe-se a questo: quais so os dgitos com significado no resultado de uma medio, ou seja, quais os algarismos

que so significativos? Por exemplo, como expressar o comprimento indicado pela ponta do alfinete da figura 4?

Figura 4 Medio com uma rgua graduada em centmetros.

Analisando a figura, v-se que a ponta do alfinete est situada entre a diviso 81 e a diviso 82. A escala permite

a leitura direta dos dois nmeros 81 e 82; diz-se que cada um destes tem dois algarismos significativos, porque

so exatos e correspondem a divises que esto marcadas na escala. Contudo, o comprimento excede 81 cm e


no alcana 82 cm, pelo que pode acrescentar-se um terceiro algarismo que se pode atribuir por estimativa. Este

tambm significativo porque ainda est de acordo com a escala, mas no exato ( duvidoso) porque traduz

uma frao da menor diviso da escala. Leituras possveis para dois observadores diferentes so, por exemplo:

Algarismos exatos

Algarismo duvidoso

3 algarismos significativos

3 algarismos significativos

81,6 81,7

Estes nmeros so ambos aceitveis para indicar o valor medido, mas o nmero 81,65 no seria aceitvel, j que

o algarismo 5 no teria qualquer significado.

I. Regras para contagem de algarismos significativos

Qualquer algarismo diferente de zero significativo.

Exemplo: 379 trs algarismos significativos.

Zeros entre algarismos diferentes de zero so significativos.

Exemplo: 406 trs algarismos significativos.

Zeros esquerda do primeiro algarismo diferente de zero no so significativos.

Exemplos: 0,00017 dois algarismos significativos; 0,00350 trs algarismos significativos.

Para nmeros superiores a 1, os zeros direita da vrgula so significativos.

Exemplo: 2,000 quatro algarismos significativos.

Para nmeros inteiros, os zeros podem ou no ser significativos.

Exemplo: 300 ambguo, j que poder ter um, dois ou trs algarismos significativos.

Para evitar esta ambiguidade, deve usar-se a notao cientfica.

Um algarismo significativo

3 x 102

Dois algarismos significativos

3,0 x 102

Trs algarismos significativos

3,00 x 102

O uso da notao cientfica imprescindvel em converso de unidades, para garantir que o nmero de algarismos

significativos se mantm.


QuestoQual o nmero de algarismos significativos das seguintes medidas?

a) 0,0056 g b) 10,2 C c) 5,600 x 104 g d) 1,2300 g/cm3

Resposta: a) dois; b) trs; c) quatro; d) cinco.

As medidas podem ser necessrias para fazer clculos, o que implica saber operar com elas.

II. Regras para operaes com algarismos significativos

A - Regras para arredondamentos

Deve comear-se pela escolha da casa decimal at onde se deve fazer a aproximao e proceder como se indica a seguir.

Desprezar o algarismo seguinte, se for inferior ou igual a 5.

Exemplo 1: aproximar 1,872 s centsimas 1,87.

Exemplo 2: aproximar 1,875 s centsimas 1,87.

Acrescentar uma unidade ao algarismo dessa casa decimal, se o seguinte for superior a 5.

Exemplo: aproximar 1,876 s centsimas 1,88.

B Operaes

Adio e subtrao

O nmero de casas decimais da soma ou da diferena o mesmo do da parcela que tiver menor nmero de casas

decimais.

Exemplo A: 65,432 + 1,4 = 66,832 arredonda-se para 66,8.

Exemplo B: 4,1784 1,12 = 3,0584 arredonda-se para 3,06.

Multiplicao e diviso

No produto final ou no cociente, o nmero de algarismos significativos determinado pelo do fator que tenha

menor nmero de algarismos significativos.

Exemplo A: 2,7 x 3,55038 = 9,586026 arredonda-se para 9,6.

Exemplo B: 5,43 : 140,5 = 0,0386477 arredonda-se para 0,0386.

Operaes em cadeia

A x B = C e C : D = E

Se A = 2,56, B = 7,38 e D = 2,01, pode seguir-se o mtodo 1 ou o mtodo 2.


Mtodo 1:

2,56 x 7,38 = 18,8928 (no arredondar);

18,8928 : 2,01 = 9,399402985 arredondar para 9,40.

Mtodo 2 ( o mais utilizado):

2,56 x 7,38 = 18,89 (arredondar para mais um algarismo significativo);

18,89 : 2,01 = 9,39800995 arredondar para 9,40.

QuestoEfetua as operaes e indica o resultado com o nmero correto de algarismos significativos:

a) 4,32 + 2,1 b) 1,4 - 0,03 c) 4,32 x 2,1: 0,032d) 0,55 : 231,22 x 25,00 x 10-3

Resposta: a) 6,4 b) 1,4 c) 2,8 x 102 d) 6,0 x 105

1.1.7 Controlo metrolgico de massas e volumes

A metrologia a rea que se ocupa da medio e das suas aplicaes. Compreende todos os aspetos tericos e

prticos de medies, qualquer que seja o tipo de medio e o domnio de aplicao.

A metrologia tem uma importncia especial para garantir a qualidade de inmeros produtos e servios que esto

ao dispor dos cidados e das empresas, particularmente em reas ligadas a qumica e a biologia. Em proteo

ambiental, segurana alimentar e sade humana, por exemplo, para identificar problemas necessrio proceder

a medies. A metrologia est cada vez mais presente no dia-a-dia da economia e do comrcio, e cada vez

maior a confiana exigida aos instrumentos e aparelhos usados nessas reas.

A metrologia aplica-se, por exemplo, no controlo do contedo de produtos pr-embalados. Neste caso, admite-se que

possa existir menos de produto do que o valor que est indicado no rtulo, isto , um dfice no contedo. O dfice no

contedo do pr-embalado pode ser aceitvel ou no, de acordo com critrios bem estabelecidos (Tab. 2).

Contedo(gramas ou mililitros)

Valores admissveis para dfice no contedo, expressos em percentagem%(m/m) ou %(V/V)

De 5 a 50De 50 a 200

De 200 a 500De 500 a 10 000

9,04,53,01,5

Tabela 2 Valores admissveis para os erros por defeito no contedo de pr-embalados, temperatura de 20 C.


Fazer uma s medio no basta para se saber se o dfice no contedo admissvel ou no. necessrio fazer

vrios ensaios a diferentes unidades de um mesmo lote.

Podem usar-se os seguintes critrios: a partir de um lote (mnimo de 100 unidades) selecionar aleatoriamente

uma amostra de 20 unidades e fazer as medies necessrias. Se o dfice no contedo for superior ao admissvel

apenas para uma das unidades da amostra (Tab. 2), aceita-se o lote. Mas, se existirem 2 unidades na amostra

com um dfice superior ao admissvel, ento o lote rejeitado. Em qualquer caso, nenhum pacote individual

pode ter um dfice superior ao dobro do valor do dfice admissvel assinalado na tabela 2.

O controlo metrolgico deve envolver o uso de equipamento de medio adequado e procedimentos corretos, como:

- O instrumento de medio deve estar devidamente calibrado; a calibrao deve ser feita com frequncia usando

padres rastreveis, isto , ligados por uma cadeia de comparaes a um padro reconhecido oficialmente;

- O instrumento de medio deve ter uma incerteza adequada (a incerteza na medio no deve ser superior a

um quinto do valor admissvel para o dfice no contedo do pr-embalado).

Atividade

Para medir o contedo de um pr-embalado proceder como se indica a seguir.

1 - Selecionar uma proveta que se ajuste ao volume do contedo do pr-embalado que se vai medir.

2 - Verter o contedo do pr-embalado para a proveta evitando perdas de lquido.

3 - Fazer a medio tendo o cuidado de:

A - Evitar erros de paralaxe;

B - Ler pela parte inferior do menisco (se o lquido for opaco e no o permitir, ler pela parte superior do menisco);

C - Fazer a estimativa do algarismo incerto a partir da menor diviso da escala.

4 - Medir a temperatura do lquido.

BA C

134 cm3 e no 132 cm3

150100

13090Lquido opaco

Lquido transparente

Discusso

1. Indica a medida com o respetivo intervalo de incerteza.

2. Tero existido erros sistemticos a afetar a medio? Em caso afirmativo, identifica-os.

3. Calcula o dfice no contedo do pr-embalado a partir do valor indicado no rtulo e da medio feita

neste trabalho. O dfice no contedo tem um valor admissvel?

4. Compara a incerteza da medida com o dfice no volume do pr-embalado. A incerteza menor do que

um quinto do dfice no volume do pr-embalado?


A.1.2 Testes bsicos em anlise qumica

1.2.1 Testes rpidos

Existem muitas situaes, quer de mbito laboratorial, quer no mbito da vida quotidiana, em que se utilizam

os chamados testes rpidos. o caso dos testes de alcoolmia, de glicmia, de gravidez, de cloro em gua, de

deteo de sangue escondido, de dureza e de pH da gua em aqurios e em muitas outras situaes.

Estes testes usam material simples e

reagentes j preparados, fornecidos em

kits e podem ser:

Colorimtricos quando h formao

de um composto corado. A cor ser

tanto mais intensa quanto maior for a

concentrao da espcie a detetar (Fig. 5);

Titrimtricos quando envolvem titulaes, que se

estudaro com mais detalhe em A.1.2. Um exemplo de um

teste usado para determinar a salinidade em guas, por

exemplo, usadas em rega, baseia-se na reao de todos os

cloretos que contribuem para a salinidade. A reao ocorre

com ies mercrio(II) na presena de um indicador, que muda

de amarelo para violeta quando se considera que os cloretos

reagiram. Quanto mais soluo de mercrio(II) tiver sido usada,

maior ser a concentrao de cloretos (Fig. 6).

Os testes rpidos podem ser qualitativos ou semiquantitativos.

Qualitativos, quando a indicao apenas de presena ou ausncia de uma determinada espcie.

Exemplos: teste de presena de petrleo no solo; teste de acidez que apenas indique: cido/neutro/bsico.

Semiquantitativos, quando do uma indicao numrica.

Exemplos: teste de pH com escala de 0 a 14; teste de teor de cloro livre nos aqurios ou em piscinas.

Alguns testes rpidos detetam traos, isto , concentraes extremamente baixas das espcies em anlise.

Figura 5 Testes colorimtricos rpidos, em soluo e em tiras.

Figura 6 - Teste titrimtrico de salinidade.


Os testes rpidos tm as vantagens de ser rpidos, como o nome indica, portteis, e fceis de utilizar com

pequenas quantidades de amostra e de reagentes. Tm, contudo, algumas limitaes decorrentes de dois tipos

de erro a que esto mais sujeitos do que os testes laboratoriais:

Falso positivo, quando, por exemplo, o teste de alcoolemia a um condutor indica que ingeriu bebidas

alcolicas mas, na realidade, isso pode no ter acontecido! O teste pode dar positivo, por exemplo, devido

ao uso de um desinfetante oral;

Falso negativo, quando, por exemplo, se pesquisa resduos de pesticidas em alimentos, estes podem no

ser detetados, mesmo existindo em concentraes elevadas, devido, por exemplo, a perdas por evaporao

durante o transporte para o laboratrio.

Controlo de Qualidade, Segurana e SadeTeste de gravidez

A notcia de uma gravidez , provavelmente, a melhor que uma famlia pode receber! A deteo precoce

de uma gravidez importante porque a mulher grvida pode, de imediato, mudar ou melhorar o seu

estilo de vida. Assim, pode evitar comportamentos que prejudiquem a sua sade e a do seu futuro filho

e adotar outros que beneficiem a gravidez. Aes to simples como no fumar (ativa ou passivamente),

no ingerir bebidas alcolicas e caf, ir a um centro de sade ou hospital, podem proporcionar uma

gravidez mais saudvel e um melhor futuro para a me e para o beb.

Existem testes de gravidez, venda em farmcias, que podem ser feitos em casa. Baseiam-se na deteo de uma

hormona, chamada hCG, que se pode encontrar na urina da mulher grvida cerca de 15 dias aps a fecundao.

Neste teste, usa-se um dispositivo que molhado com uma gota de urina. O resultado dado atravs

da colorao de duas riscas.

1) Uma risca aparecer com cor mesmo que no haja gravidez e indica que o teste est a ser bem

realizado: a urina utilizada suficiente e foi colocada no local correto.

2) Se surgir uma segunda risca com cor, ento a mulher estar grvida.

EST GRVIDANO EST GRVIDA

Por vezes, h falsos negativos, isto , o teste no deteta uma gravidez existente. Isso pode acontecer por:

a urina estar muito diluda (por isso, importante fazer o teste usando a primeira urina da manh, que

mais concentrada); a gravidez ter mais de 3 meses; a urina conter sangue ou pus.

muito importante realar que no h testes de gravidez caseiros, isto , no possvel descobrir

precocemente uma gravidez usando um procedimento improvisado com produtos naturais ou produtos

qumicos. O material para um teste de gravidez deve adquirir-se sempre numa farmcia. Antes de o

utilizar, deve certificar-se que est devidamente embalado e dentro do prazo de validade.

Uma gravidez detetada atravs de um destes testes deve ser confirmada por uma anlise ao sangue,

mais fivel, realizada num centro de sade ou hospital.


A tabela 3 mostra alguns exemplos de testes colorimtricos rpidos usados para avaliar a qualidade de guas.

Teste Efeitos Fundamento do teste

Cloro, Cl2

usado na desinfeo de gua de

abastecimento pblico. importante

que, aps a desinfeo, ainda permanea

cloro na gua, chamado cloro livre, pois

este previne contaminaes posteriores.

Mas, demasiado cloro livre em gua

resulta em sabor e cheiro desagradveis.

Num teste simples usa-se uma mistura de iodeto de potssio, KI, amido (farinha Maizena) e cido actico (vinagre). Adicionam-se gotas desta

mistura amostra de gua, que, se tiver cloro livre, ficar azul:

2 KI(aq) + Cl2(aq) 2 KCl(aq) + I2(aq)O iodo formado reage com amido transformando-se num complexo de

iodo-amido, azul:

I2(aq) + amido complexo iodo-amido (azul)

Crmio, Cr

O crmio pode aparecer em vrias formas. Como crmio(VI) txico para

formas de vida aqutica e para o ser

humano.

A deteo de crmio(VI) envolve a formao de um complexo de cor

vermelha, a partir da difenilcarbo-hidrazina:

NH

NH

NH

NH

OC + CrO2 + 4H+4NN

NNC CrO + 4H2O

2 +

Tabela 3 Exemplos de testes colorimtricos rpidos.

Alguns destes testes envolvem formao de complexos, os quais sero estudados com mais profundidade em A.2.3. Nestes

testes, alguns produtos das reaes so compostos com ligaes mltiplas. Perceberemos melhor porqu em B.1.3.

A tabela 4 mostra alguns testes rpidos que so usados na deteo de adulteraes em alimentos.

Adulterao Consequncias Teste rpido

Formalina

(solues de formaldedo)

em leite e pescado

As solues de formaldedo so usadas

como conservante, mas so proibidas

para uso alimentar, uma vez que o

formaldedo txico e cancergeno.

A 10 mL de leite ligeiramente aquecido juntar alguns cristais de vanilina

(aroma de baunilha) e 10 mL de cido clordrico a 35% (m/m). O aparecimento de uma colorao amarela a violeta indica a presena de formaldedo. Colocar 10 mL de leite num tubo de ensaio e adicionar cerca de 5 mL de

cido sulfrico a 98% (m/m) contendo vestgios de cloreto de ferro(III). Fazer escorrer o cido lentamente pela parede do tubo. O aparecimento de uma cor violeta ou azul na interface dos dois lquidos indica a presena de formaldedo.

Em vez de leite, podem testar-se amostras de peixe. Para isso, ferver cada amostra

em cerca de 30 mL de gua, durante 5 minutos. Deixar arrefecer o extrato obtido

e realizar os testes descritos anteriormente utilizando este extrato em vez de leite.

Perxido de hidrognio

em leite

O perxido de hidrognio atua como conservante de leite, mas a sua adio deve

ser proibida, uma vez que a sua conservao

se deve fazer por pasteurizao ou, em

alternativa, por refrigerao.

Misturar volumes iguais de leite e de uma soluo a 1% em iodeto de potssio

e a 2% em amido. Se existir perxido de hidrognio a mistura ficar azul.

A 10 mL de leite juntar 10 mL de cido clordrico a 35% (m/m) e uma gota de formalina. Agitar e aquecer a 60 C. Se existir perxido de hidrognio a

soluo ficar violeta.

leos minerais em

gorduras e leos

alimentares

As gorduras (manteiga, margarina, banha,

etc.) e os leos alimentares (leo de milho,

leo de amendoim, azeite, etc.) so de

origem animal ou vegetal. proibida a

adio de leos minerais (derivados do

petrleo) que so nocivos por ingesto.

Adicionar 1 mL de soluo aquosa de hidrxido de potssio 3 mol/L e

25 mL de lcool etlico a 1 mL de leo ou gordura previamente fundida.

Aquecer durante 5 a 10 minutos. Adicionar 25 mL de gua destilada e

misturar. A turvao da mistura indica que h leo mineral na amostra de gordura ou de leo alimentar.

Tabela 4 Testes rpidos que so usados na deteo de adulteraes em alimentos.


Um teste rpido muito til em qualidade alimentar envolve a avaliao da

qualidade de leos usados para fritar. Com efeito, estes leos tendem a

degradar-se por acumulao de produtos da oxidao trmica. Estes testes usam verde de bromocresol incorporado num gel para avaliar o grau de degradao de leos para fritar (Fig. 7).

1.2.2 Testes bsicos envolvendo aquecimento

Alguns testes bsicos realizados em qumica analtica requerem aquecimento.

Estes testes usam-se numa fase preliminar do controlo de qualidade de muitos

produtos. So exemplos a determinao da humidade e de cinzas.

O aquecimento da amostra pode fazer-se numa estufa, que

atinge temperaturas at 300 C, ou numa mufla, um pequeno

forno que alcana temperaturas de 1000 C (Fig. 8).

I. Humidade

A gua misturada em materiais pode influenciar de forma

importante a sua qualidade e conservao.

A determinao da humidade numa amostra de material faz-se por medio da massa antes e aps remoo da

gua presente na amostra (Fig. 9). Em geral, a gua removida por aquecimento at uma temperatura um pouco

superior temperatura de ebulio da gua.

4,3g22,6g105 c

Figura 9 - Sequncia de operaes para determinao da humidade de um material.

Humidade em alimentos

Certos alimentos, como as farinhas e cereais, degradam-se mais facilmente quando tm um teor de humidade mais elevado do que

normal ou recomendvel.

Determinao: a amostra do alimento triturada, pesada (m1) e aquecida a 105 C numa estufa durante 4 a 6 horas, para que seque completamente. Depois arrefecida (ao abrigo de humidade num exsicador) e novamente pesada (m2). A diferena m1 m2 d a massa de gua na amostra do alimento.

Clculos: a humidade expressa em percentagem, ou seja, dada pela massa de gua, em gramas, existente em 100 g de alimento:

Humidade em alimentos (%)

Figura 7 Teste rpido para avaliao da qualidade de leos de fritura.

Figura xxxx Estufa (A) e mufla

(B).

Figura 8 Estufa (A) e mufla (B).

BA


Humidade em solos

A qualidade ambiental e produtiva dos solos depende, em grande parte, da gua neles contida, pelo que muito comum a necessidade

de determinar a humidade em solos.

Determinao: retiram-se as pedras e os ramos da amostra de solo e pesa-se (m1). Aquece-se a amostra a 110 C numa estufa durante 4 a 6 horas. Depois de seca, a amostra arrefecida (ao abrigo de humidade num exsicador) e novamente pesada (m2).

Clculos: A humidade expressa em percentagem de gua em relao ao solo seco. A humidade de um solo pode ser superior a 100 %, podendo atingir 400 %.

Humidade em solos (%)

II. Cinzas

As cinzas so o material que resta aps uma aquecimento muito intenso na presena de oxignio, O2(g). Neste

caso, resta a matria inorgnica, quase sempre constituda por sais. A percentagem de cinzas d, assim, uma

indicao sobre o contedo mineral da amostra.

A tabela 5 mostra valores tpicos para cinzas em alimentos.

Alimento Cinzas (% m/m) Alimento Cinzas (% m/m)

CereaisLaticnios

Vegetais frescosCarne e derivados

0,3 a 3,3

0,3 a 2,1

0,4 a 2,1

0,5 a 6,7

PeixesFrutos frescos

leos e gordurasAves

1,2 a 3,9

0,3 a 2,1

0,0 a 2,5

1,0 a 1,2

Tabela 5 Cinzas em alimentos.

Na determinao de cinzas, toda a matria orgnica da amostra eliminada porque, devido temperatura

elevada, reage com oxignio formando substncias no estado gasoso. Representando a matria orgnica por

CxHyOzNw, as reaes podem esquematizar-se globalmente por:

CxHyOzNw + O2 CO2 + H2O + NO2

No caso de alimentos, as cinzas so obtidas por aquecimento at 500 a 600 C, durante pelo menos 2 horas (Fig. 10).

17,3g 4,3g500 c

Figura 10 Sequncia de operaes para determinao de cinzas.


1.2.3 Densidade

A densidade, , (ou massa volmica) uma grandeza j conhecida de anos anteriores e define-se como o

quociente entre a massa e o volume do corpo a que se refere:

Geralmente, para exprimir a densidade de lquidos e slidos utiliza-se g/cm3, enquanto para a densidade de

gases se utiliza g/dm3. A uma dada temperatura, cada substncia tem uma densidade caracterstica.

Slidos densidade/g cm-3 Lquidos densidade/g cm-3

AlumnioChumbo

CobreEstanho

FerroOuroPrataZinco

2,7011,358,927,3

7,8619,3010,53

7,1

Acetonagua

Etanolter etlico

GlicerolMercrioMetanolTolueno

0,790,9980,790,711,26

13,600,790,89

Tabela 6 Densidade de algumas substncias, a 25 C.

A determinao da densidade contribui para identificar substncias desconhecidas ou para avaliar o grau de pureza de

um material, por comparao dos valores obtidos laboratorialmente com valores tabelados.

Um processo simples para determinar a densidade de um corpo

de forma irregular, ou seja, geometricamente no definida, est

representado pela sequncia de imagens da figura 11. Consiste

em medir a massa do corpo, mergulh-lo numa proveta com gua,

com volume conhecido, e medir o volume de gua deslocada.

Se o corpo for geometricamente bem definido, pode calcular-se

o volume, medindo as dimenses necessrias ao seu clculo. Por

exemplo, uma esfera ter de volume V = 4/3r3.

No caso de lquidos, basta determinar com exatido um determinado volume e a massa correspondente.

Para slidos e lquidos, frequente definir-se a densidade relativa, de smbolo d, custa da densidade (definida

anteriormente) e da densidade da gua a 4 C:

Trata-se de uma grandeza adimensional.

Por exemplo, no caso do alumnio, a densidade relativa 2,7. Tal significa que a densidade (massa volmica) do

alumnio 2,7 vezes maior que a densidade (massa volmica) da gua a 4 C.

004.78 g

mL

54321

109876

mL

54321

109876

Figura 11 Determinao da densidade de um slido pelo processo de deslocamento de gua.


Como a densidade da gua, a 4 C, 1,00 g/cm3, ento, para slidos e lquidos, a densidade relativa igual ao

valor da densidade (massa volmica) expressa em g/cm3. No caso do alumnio, Al(s), podemos escrever:

dAl(s)

= 2,7 e Al(s)

= 2,7 g/cm3

Note-se que a densidade relativa compara massas de igual volume. Para o caso de lquidos, a massa de um certo

volume de lquido e a massa de igual volume de gua a 4 C. Para determinar a densidade relativa de lquidos usa-se um picnmetro e a sequncia da figura 12.

142.43 g 161.56 g 164.47 g

Figura 12 Determinao da densidade relativa de lquidos pelo processo do picnmetro.

Existem ainda outros instrumentos para determinar densidades

de lquidos, como os densmetros (tambm chamados

aremetros). Todos eles so aparelhos flutuantes destinados

determinao direta de densidades, sem utilizao de

balana (Fig. 13). Baseiam-se no conhecimento de que corpos

mergulhados em lquidos sofrem uma fora de impulso, que

depende da densidade do lquido e os pode obrigar a flutuar.

Em alguns casos, estes densmetros indicam diretamente a

concentrao de solues, como os densmetros das baterias de automveis ou os utilizados na preparao de xaropes

na indstria alimentar, ou ainda, os alcometros, usados para determinar o grau alcolico de bebidas (fig. 13 B).

Controlo de Qualidade, Segurana e SadeAvaliar a frescura de ovos pela densidade

Para avaliar a frescura de ovos pode usar-se um teste muito simples relacionado com a densidade. Coloca-se o ovo em gua. Os ovos muito frescos afundam. Ovos pouco frescos comeam a flutuar. Se o ovo

flutuar superfcie, ento velho e, provavelmente, est estragado.

Os ovos mais velhos flutuam porque ficam menos densos. Porqu?

Porque a casca tem poros que permitem que a gua do interior do ovo se evapore deslocando-se para o exterior. Quando sai gua entra ar, o que vai fazer com que a bolsa de ar

(que existia no interior do ovo fresco) aumente tornando o ovo menos denso.

A B

Figura 13 Densmetro comum (A); alcometro (B).


A.1.3 Deteo de adulteraes e de falsificaes

Por vezes, os alimentos so adulterados ou falsificados com o objetivo de aumentar lucros de forma desonesta

e enganando os consumidores.

Uma adulterao uma alterao que diminui a qualidade de um produto, podendo torn-lo inadequado para

o fim a que se destina, ou at mesmo perigoso. A falsificao envolve, em geral, a cpia ou imitao de um

produto.

A adio de gua ao leite um exemplo de uma adulterao, pois diminui a qualidade do leite. A adio de

gua ao leite pode ser detetada determinando a densidade. Com efeito, a densidade de um leite de vaca deve

estar compreendida entre 1,028 g/cm3 e 1,036 g/cm3, temperatura de 20 C. A adio de gua faz diminuir a

densidade do leite, o que pode ser facilmente detetado por uma medio simples.

A adio de gua ao leite pode ser acompanhada de outras aes destinadas a ocultar essa adulterao, por

exemplo, adio de cloreto de sdio, que aumenta a densidade do leite. Mas, essas adulteraes tambm podem

ser detetadas pelo sabor salgado do leite.

As adulteraes e falsificaes podem tornar-se cada vez mais sofisticadas. Mas, tambm as tcnicas de anlise

se tm vindo a tornar mais sofisticadas e podem detet-las.

Antes de realizar a atividade laboratorial seguinte, convm recordar algumas regras gerais de segurana em

laboratrio ou em qualquer local que o substitua. A tabela 7 sintetiza algumas dessas regras.

Regra de Segurana Justificao

1. No comer, beber, mascar pastilhas, tomar medicamentos ou colocar cosmticos.

Evita-se a ingesto ou absoro de substncias perigosas.

2. No correr nem fazer movimentos bruscos. Nunca brincar!

Evitam-se quedas ou choques, que podem causar danos pessoais e no equipamento ou derrame de reagentes.

3. Usar equipamento individual de proteo: bata e culos.

Evitam-se acidentes ou contaminaes devidos a derrame ou projeo de reagentes.

4. No provar, cheirar ou tocar em produtos qumicos. Evita-se a ingesto, inalao ou absoro pela pele de substncias perigosas para a sade.

5. Prender os cabelos compridos. Para evitar que entrem em contacto com reagentes ou com chamas.

6. Seguir sempre as instrues do(a) professor(a). Para evitar acidentes pessoais ou danos no equipamento, provocados por perigos que as(os) alunas(os) desconhecem.

Tabela 7 Regras de segurana a cumprir durante o trabalho laboratorial.


Atividade LaboratorialDeterminao da densidade de um leite

Objetivo: Detetar adulterao de leite por adio de gua medindo a sua densidade por trs processos diferentes.

Material Reagentes

- Balana de laboratrio

- Densmetro- Erlenmeyer- Picnmetro de lquidos- Pipeta e macrocontrolador- Proveta de 250 mL- Termmetro

- gua destilada (em esguicho)

- Amostra de leite- Papel absorvente

A Determinao da densidade atravs de medies da massa e do volume1. Pesa um Erlenmeyer e regista a massa, mA.2. Mede com exatido um determinado volume de leite, V, com uma pipeta, e verte-o para o Erlenmeyer.3. Pesa o Erlenmeyer com o leite e regista a massa, m

B.

4. Mede a temperatura do leite, T1.5. Calcula a densidade do leite: = (m

B mA)/V. Apresenta o valor com o nmero correto de algarismos significativos.

B Determinao da densidade por areometria1. Observa a escala do densmetro e indica a gama de valores que pode medir e o valor da menor diviso da escala.2. Verte o leite para a proveta e mergulha o densmetro no leite de modo que flutue, sem tocar no fundo.3. L e regista o valor marcado no densmetro.4. Mede a temperatura do leite, T2.

C Determinao da densidade por picnometria1. Mede a massa do picnmetro vazio e seco. Regista o valor, m1. 2. Enche o picnmetro com leite. Evita a formao de bolhas. 3. Seca o picnmetro usando papel absorvente e verifica se est completamente cheio. 4. Mede a massa do picnmetro cheio de leite. Regista o valor, m2. 5. Mede a temperatura do leite, T3.6. Vaza e lava o picnmetro. Repete os passos 2 e 3 usando gua em vez de leite. 7. Mede a massa do picnmetro cheio com gua. Regista o valor, m3.8. Calcula a densidade relativa do leite: d = (m2 m1)/(m3 m1). Apresenta o valor com o nmero correto de algarismos significativos.

Discusso1. Compara os diferentes valores obtidos. Existem diferenas entre eles? Os resultados obtidos merecem confiana? Porqu?

2. Tero existido erros sistemticos nestas medies? Analisa em particular as seguintes situaes:

- Temperatura de trabalho diferente da temperatura de calibrao dos equipamentos;

- Dificuldades de leitura nas escalas;

- Derrames durante as operaes;

- Existncia de bolhas de ar nos lquidos durante as medies.

3. De que forma podero estes fatores afetar a confiana nos resultados?

4. O que podes concluir sobre a qualidade do leite: ser um leite adulterado com gua? Porqu?


Mais Questes*1. Durante o tratamento de uma amostra de um pesticida contendo o elemento cobre, de que se fez uma anlise,

perdeu-se 0,4 mg daquele elemento. Calcula o erro relativo associado a esta perda, sabendo que a amostra em

estudo tinha 540 mg do elemento cobre.

2. Colocou-se uma massa padro de 1,000 kg no prato da balana X, que, nessa situao, indicou o valor 983 g.

Colocou-se uma outra massa padro, de 200,0 g, no prato da balana Y, a qual indicou 205,2 g. Apresenta todos os

clculos necessrios para determinar:

a) Em qual das balanas maior o erro absoluto; b) Em qual das balanas maior o erro relativo.

3. Num trabalho laboratorial determinou-se o valor 179,40 g/mol para a massa molar da glicose. Com base nos

valores de tabelas de massas atmicas relativas, calcula o erro absoluto associado a este valor.

4. Indica o tipo de erros, sistemticos ou aleatrios, que podero ter origem nos seguintes acontecimentos:

a) Medio do volume de um gs para uma presso de 1 atm, havendo variaes de presso nos vrios ensaios

realizados;

b) Utilizao de um aparelho de medio no calibrado;

c) Utilizao de uma balana que est sobre uma mesa sujeita a vibraes;

d) Medio do volume de um lquido, temperatura de 11 C, utilizando um aparelho de medio que foi calibrado

temperatura de 20 C;

e) Medio de um volume de gua numa proveta em cujas paredes se observam bolhas de ar.

5. A figura ao lado diz respeito medio de um volume de lcool etlico com uma proveta.

a) Qual o volume de lcool etlico contido na proveta?

b) Durante a medio do volume de lcool etlico, como de qualquer outro material, impossvel

impedir variaes de parmetros ambientais, como a temperatura. Que tipo de erros est associado

a esta dificuldade?

(A) Erros de paralaxe. (B) Erros aleatrios.

(C) Erros de clculo. (D) Erros sistemticos.

6. Fizeram-se vrias medies para determinar laboratorialmente o ponto de fuso de cido benzico e obtiveram-

se os resultados que se indicam a seguir.

Ensaio 1: 119,0 oC Ensaio 2: 122,5 oC Ensaio 3: 122,0 oC Ensaio 4: 120,5 oC

Sabendo-se que nas condies em que se realizaram estes ensaios o ponto de fuso desta substncia tem o valor

121,7 oC, qual dos ensaios originou uma medida mais exata? Justifica.

7. Numa anlise laboratorial obtiveram-se os seguintes conjuntos de resultados:

Conjunto A 5,09 mL 4,78 mL 5,21 mL

Conjunto B 5,34 mL 4,29 mL 4,84 mL

Em qual dos conjuntos maior a fidelidade? Justifica.

8. Admite que, nas medies de temperatura de uma soluo, se utilizou um termmetro digital. O menor intervalo

de temperatura que este mede uma dcima de grau. O valor da temperatura inicial da soluo era 15 oC. Este valor

deve ser corretamente apresentado por:

(A) q = (15,0 0,1) oC; (B) q = (15,00 0,05) oC; (C) q = (15,00 0,10) oC; (D) q = (15,0 0,5) oC.Adaptado de exame nacional Portugal

50:1cm3

0,2 cm3

20 c

50

40


9. Para determinar a temperatura da gua de um ribeiro, fizeram-se vrias medies seguidas e obtiveram-se os

resultados que se indicam a seguir.

Ensaio 1: 21,0 oC Ensaio 2: 22,4 oC Ensaio 3: 19,2 oC Ensaio 4: 19,9 oC

O termmetro tinha um alcance de 120 oC e uma menor diviso da escala de 1 oC.

a) Calcula o resultado mais provvel para a medio efetuada.

b) Calcula o maior dos desvios em relao mdia.

c) Indica o valor da incerteza do instrumento de medio.

d) Calcula o valor da incerteza absoluta.

e) Indica o valor obtido para a temperatura da gua apresentando o resultado com a respetiva incerteza absoluta.

10. Para determinar a massa de uma pea, fizeram-se vrias determinaes e registaram-se os seguintes resultados:

m1 = 1,23 g m2 = 1,24 g m3 = 1,22 g m4 = 1,21 g m5 = 1,24 g

Sabe-se que a balana utilizada nesta experincia tinha uma incerteza de 0,01 g.

a) Com base na incerteza associada ao conjunto de medidas e na incerteza do aparelho de medida, apresenta o valor

obtido para a massa da pea, apresentando o resultado com a respetiva incerteza absoluta.

b) Calcula a incerteza relativa.

11. Para determinar a massa de um mesmo pacote de acar numa aula de Qumica, formaram-se quatro grupos de alunos que usaram duas balanas diferentes. Cada grupo realizou trs ensaios. As medidas obtidas esto registadas

na tabela seguinte.

Massa do pacote de acar/gGrupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4

6,426,816,75

6,36,16,1

6,36,56,8

6,016,716,45

a) Para as medidas registadas por cada um dos grupos, calcula a incerteza absoluta.

b) Qual dos grupos obteve medidas com maior fidelidade? E com menor fidelidade?

c) Neste caso, a fidelidade est a indicar a repetibilidade ou a reprodutibilidade das medies efetuadas? Justifica.

12. A figura seguinte mostra parte de um termmetro graduado em graus Celsius.

C 50 40 30 20 10 0 -10

a) L a temperatura indicada no termmetro e regista-a com a respetiva incerteza.

b) Por vezes quem pretende medir a temperatura de uma amostra, segura o termmetro com a mo junto ao depsito situado

na parte inferior, ou aproxima tanto a escala do termmetro dos olhos que respira para cima dele. Que tipo de erros, aleatrios

ou sistemticos, podem resultar destas situaes? Justifica a resposta com base nas caractersticas do tipo de erro indicado.

13. Uma balana tem uma incerteza de 0,001 g. Uma amostra pesa aproximadamente 25 g e colocada nesta balana para medir

o mais rigorosamente possvel a sua massa. Para a medida efetuada, quantos algarismos significativos se devem apresentar?

14. Indica a medida de cada um dos volumes seguintes

com o nmero correto de algarismos significativos: 10

9

mL

10

11

cm3

20

19

mL


15. Caso se pesem cem gramas de acar utilizando uma balana que mea at centsima do grama, o registo da

medida deve ter:

(A) 2 algarismos significativos; (B) 4 algarismos significativos; (C) 5 algarismos significativos; (D) 6 algarismos significativos.

16. Registou-se o valor 3,000 cm3 para uma medio efetuada com uma pipeta cuja menor diviso da escala 0,1 cm3.

Para indicar o resultado com o nmero adequado de algarismos significativos deve escrever-se:

(A) 3,00 cm3 (B) 3,0 cm3 (C) 3,000 cm3 (D) 3 cm3

17. Indica o nmero de algarismos significativos em:

a) 3,606 x 102 L b) 280 K c) 0,0943 g d) 0,0025 g m3

18. Exprime os resultados dos seguintes clculos com um nmero correto de algarismos significativos:

a) 41,5 0,36 b) 25,0 x 5,00 c) 345,21 + 34,2 d) 3,07 2,1

19. Para calcular a concentrao em massa de uma soluo foi necessrio medir as seguintes grandezas:

Massa de soluto, m = 7,11 g Volume da soluo, V = 40,00 cm3

Efetuaram-se, ento, os seguintes clculos:

a) Indica o resultado final usando o nmero adequado de algarismos significativos.

b) Indica a incerteza da balana digital utilizada neste trabalho. Justifica a resposta.

20. Explica a diferena entre as medies 4,0 g e 4,000 g.

21. Para determinar a humidade de po usou-se um vidro de relgio e fizeram-se os registos seguintes:

Massa do cristalizador sem po, m1 = 158,431 g;

Massa do cristalizador com po, m2 = 200,65 g;

Massa do cristalizador com po aps secagem, m3 = 196,70 g.

a) Indica o nmero de algarismos significativos de cada um dos valores medidos.

b) Indica a massa de gua existente na amostra de po.

c) Calcula o teor de humidade deste po, em %.

22. Pesou-se uma amostra de vegetais e obteve-se um valor de 174,0 g. Colocou-se a amostra numa estufa,

temperatura de 105 oC, durante 4 h. Deixou-se arrefecer a amostra dentro de um exsicador e verificou-se que pesava

apenas 53,8 g. Esta amostra foi depois colocada num cadinho que, quando vazio, pesava 77,0 g. A amostra foi depois

aquecida numa mufla temperatura de 600 oC. Aps 6 h, retirou-se o cadinho da mufla e deixou-se arrefecer dentro

de um exsicador. Pesou-se o cadinho com o material, conjunto que apresentava uma massa de 82,3 g.

Calcula:

a) A humidade da amostra de vegetais, em %; b) O teor de cinzas, em %.

23. Determina a percentagem de humidade de um solo, antes e depois de chover, com base nos seguintes dados:

Antes de chover Depois de chover

Massa do solo antes da secagem: 380,63 g

Massa do solo aps a secagem: 211,07 g

Massa do solo antes da secagem: 379,93 g

Massa do solo aps a secagem: 111,24 g

Medies e anlises em qumica | 31*Nota: Nas questes de escolha mltipla, deves selecionar a opo correta, exceto se te for pedido outro tipo de resposta.

24. Uma amostra de farinha pesa 150,0 g e o seu teor de humidade de 2,5%. Que massa de gua se deve retirar

dessa amostra para que o seu teor de humidade seja 1,0%?

25. Trs frascos de vidro transparentes, fechados, de formas e dimenses iguais, contm massas iguais de lquidos

diferentes. Um contm gua, o outro, clorofrmio e o terceiro, etanol. Os trs lquidos so incolores e no preenchem

totalmente os frascos, os quais no tm nenhuma identificao. A densidade de cada um dos lquidos, temperatura

ambiente, :

(gua) = 1,0 g/cm3 (clorofrmio) = 1,4 g/cm3 (etanol) = 0,8 g/cm3

Sem abrir os frascos, poderias identificar as substncias?

Unicamp-SP, Brasil - Adaptado

26. Para identificar um lquido determinou-se a sua massa volmica (densidade) atravs da tcnica apresentada na

figura. Para realizar a operao esquematizada, tarou-se a proveta.

a) Com base na informao fornecida na figura, calcula a massa volmica

(densidade) do referido lquido.

b) Utilizando a informao da tabela seguinte, identifica o lquido.

Substncia Densidade relativa

ter 0,71

Etanol 0,79

Glicerol 1,26

27. Para determinar a densidade de uma soluo contida num depsito, utilizou-

se um densmetro, temperatura de 20 oC. A figura seguinte mostra a parte do

densmetro superfcie da soluo.

a) Qual a densidade da soluo (ler pela superfcie do lquido)?

b) A medida est obrigatoriamente afetada de um erro sistemtico. Porqu?

c) O referido depsito contm 532,6 kg de soluo. Qual ser o volume dessa

soluo (ateno aos algarismos significativos)?

28. Para avaliar o grau de pureza de uma amostra de etanol determinou-se

a sua densidade relativa, temperatura de 30 oC, utilizando um picnmetro de lquidos. No diagrama seguinte

apresentam-se os dados registados.

Picnmetro com gua

1

Picnmetro com etanol

2

Picnmetro vazio

3

266,42 g 263,56 g 244,45 g

a) Qual a incerteza da balana utilizada na medio das massas registadas?

b) Determina a densidade relativa do etanol, em relao gua a 30 oC.

c) Se depois de se encher o picnmetro com gua se observarem bolhas de ar, o tipo de erro que ocorre aleatrio

ou sistemtico?

009,28 g

mL

54321

109876

8

7

g/cm3 (15C)

0,98

0,99

1,00


A.2 - Reaes em soluo aquosa

A maior parte das tcnicas analticas clssicas baseia-se na ocorrncia de reaes qumicas em soluo

aquosa anlises por via hmida. Envolvem reaes qumicas de diversos tipos: cido-base, complexao,

precipitao e oxidao-reduo. Algumas destas anlises implicam a realizao de titulaes, que continuam

a ser muito usadas, apesar de existirem tcnicas de anlise cada vez mais avanadas, com base instrumental. A

condutivimetria uma dessas tcnicas instrumentais e fornece informao sobre os eletrlitos presentes numa

soluo e, portanto, sobre graus de dissociao, de ionizao e de hidrlise das espcies em soluo.

A.2.1 Reaes de cido-base

As reaes de cido-base foram estudadas no 11 ano (B.2.2 - 11 ano). Recorde-se, a propsito, que a escala

de Srensen (Fig. 1) uma escala numrica que indica a acidez ou a alcalinidade (basicidade) de uma soluo

aquosa. Para a temperatura de 25 C, se:

pH < 7, a soluo cida pH = 7, a soluo neutra pH > 7, a soluo alcalina.

Sumo de limo Vinagre gua com Gs gua Destilada gua do Mar Lava-tudo Limpa Vidros

Aumenta a acidez

7 140

Aumenta a alcalinidade

Figura 1 Escala de Srensen.

O pH relaciona-se com a concentrao hidrogeninica, [H3O+], da soluo aquosa e dado por:

pH = log [H3O+] ou abreviadamente pH = log [H+]

Em gua no estado lquido existem ies hidrnio, H3O+, e ies hidrxido, OH, que resultam da reao de

autoionizao: 2 H2O (l) H3O+(aq) + OH(aq)

A constante de equilbrio desta reao o produto inico da gua: Kw = [H3O+]e x [OH

]e que, temperatura de

25 C, tem o valor 1,0 1014. O produto inico vlido, no s para gua pura, mas tambm para as solues

aquosas, o que permite calcular a concentrao de OH a partir da concentrao de H3O+ e vice-versa.

Reaes em soluo aquosa | 33

A adio de substncias cidas gua faz variar o pH, uma vez que estas reagem com gua aumentando a acidez

da soluo. Identicamente, a adio de substncias bsicas tambm faz variar o pH, pois reagem com gua

diminuindo a acidez da soluo.

Nas definies de cido e de base mais abrangentes, sustentadas pela teoria de Brnsted-Lowry:

Um cido uma espcie dadora de protes;

Uma base uma espcie recetora de protes.

Assim, um cido, representado genericamente por HA, ao libertar H+, origina simultaneamente uma base, A:

HA(aq) A(aq) + H+(aq)

A fora de um cido, que est relacionada com a extenso da sua reao com gua, pode ser expressa atravs

da constante de acidez, Ka, que diz respeito ionizao do cido em gua. Por exemplo, para o cido nitroso,

HNO2(aq) + H2O(l) NO2(aq) + H3O

+(aq), a constante Ka :

Para bases, usa-se a constante de basicidade, Kb. No caso de NH3(aq) + H2O(l)NH4+(aq) + OH(aq), a constante Kb :

As constantes de acidez e de basicidade referem-se a estados de equilbrio e, como tal, dependem da temperatura.

Na maioria das situao essa temperatura a temperatura padro, ou seja 25 C. Por vezes omite-se a referncia

temperatura por se pressuporem as condies padro de temperatura.

2.1.1 Pares conjugados de cido-base e espcies anfotricas

As espcies HA e A diferem entre si por um proto, a primeira tem comportamento de cido e a segunda de

base, pelo que constituem um par conjugado de cido-base.

Numa reao de cido-base, como as que se representam a seguir, h transferncia de protes de um cido para

uma base, sendo possvel identificar pares conjugados de cido-base:

HCl(aq) + H2O(l) Cl(aq) + H3O

+(aq) equao (1)

Pares conjugados de cido-base: HCl/Cl e H3O+/H2O

Note-se que esta representao obriga escrita da frmula da espcie cida em primeiro lugar, separada da

espcie bsica por um trao.


NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH (aq) equao (2)

Pares conjugados de cido-base: NH4+/ NH3 e H2O/ OH

Refletindo sobre o papel desempenhado pela gua em ambas as reaes representadas pelas equaes (1) e (2),

vemos que:

Na primeira, a gua, H2O, funciona como uma base, pois aceita o proto cedido por HCl;

Na segunda, a gua, H2O, funciona como um cido, pois cede um proto a NH3 (amonaco).

A gua ora funciona como cido, ora como base, pelo que se diz que H2O representa uma espcie anfotrica.

Este comportamento da gua tambm se verifica na auto-ionizao:

H2O(l) + H2O(l) H3O+(aq) + OH (aq)

O io hidrogenocarbonato, HCO3, tambm uma espcie anfotrica:

HCO3(aq) + H2O(l) CO3

2(aq) + H3O+(aq) HCO3 comporta-se como cido

Pares conjugados de cido-base: HCO3/ CO3

2 e H3O+/ H2O

HCO3(aq) + H3O

+(aq) H2CO3(aq) + H2O(l) HCO3 comporta-se como base

Pares conjugados de cido-base: H2CO3/ HCO3 e H3O

+/ H2O

2.1.2 Relao entre as constantes de acidez, Ka, e de basicidade, Kb, de um par conjugado de cido-base

Para as reaes de cido-base envolvendo gua e em equilbrio qumico, possvel escrever a expresso de Ka para a

espcie cida e a expresso de Kb para a espcie alcalina, num par conjugado de cido-base. Por exemplo para NH4+/ NH3:

NH4+(aq) + H2O(l) NH3(aq) + H3O

+(aq)

NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH(aq)

Efetuando o produto Ka x Kb, vem:

Ka x Kb = x Ka x Kb = [H3O+]e x [OH

]e Ka x Kb = KW


O produto das constantes de acidez e de basicidade de um par conjugado de cido-base igual ao produto inico

da gua, temperatura considerada. Assim, por exemplo, temperatura de 25 C:

Ka x Kb = 1,0 x 1014

Da ltima expresso, possvel concluir que:

A base conjugada de um cido forte (Ka elevado) ser fraca (Kb reduzido);

O cido conjugado de uma base forte (Kb elevado), ser fraco (Ka reduzido).

Note-se, contudo, que a base conjugada de um cido fraco no uma base forte!

QuestoCalcula Kb das bases conjugadas dos cidos:HClO (Ka = 3,0 10

8, a 25 C) HCl (Ka = 1,0 x 107, a 25 C) HF (Ka = 6,8 x 10

4, a 25 C)

Compara as foras relativas de espcies conjugadas.

Resposta: A relao entre Kb e Ka Ka Kb = Kw1. Como Ka(HClO) = 3,0 10

8, vem: 3,0 108 Kb = 1 1014 Kb = 1,0 10

14 /3,0 108 = 3,3 107

2. Como Ka(HCl) = 1,0 107, vem: 1,0 107 Kb = 1 10

14 Kb = 1,0 1014 /1,0 107 = 1,0 1021

3. Como Ka(HF) = 6,8 104, vem: 6,8 104 Kb = 1 10

14 Kb = 1,0 1014 /6,8 104 = 1,5 108

Com estes dados, pode construir-se a tabela:

cido Ka Classificao do cido Base conjugada Kb Classificao da base

HClO 3,0 108 Fraco ClO- 3,3 107 Fraca

HCl 1,0 107 Forte Cl- 1,0 1021 Fraqussima

HF 6,8 104 Fraco F- 1,5 108 Fraca

Note-se que o par conjugado de um cido forte sempre uma base fraca (fraqussima), mas o par conjugado de um cido

fraco uma base fraca.

2.1.3 pH de solues muito diludas de cidos e de bases

Como j se referiu, a determinao do valor de pH de uma soluo faz-se utilizando a definio, que :

pH = log [H3O+]

Nas solues cidas ou alcalinas, os contributos para as concentraes de H3O+(aq) e de OH(aq) provm:

Da formao de ies H3O+(aq) pela ionizao dos cidos em gua;

Da formao de ies H3O+(aq) pela auto-ionizao da gua;

Da formao de ies OH(aq) por ionizao ou por dissociao das bases em gua;

Da formao de ies OH(aq) pela auto-ionizao da gua.


Quando as solues de cidos e de bases so pouco diludas, ou seja, muito ou medianamente concentradas,

verifica-se que:

A [H3O+] proveniente do cido muito maior que a [H3O

+] proveniente da autoionizao da gua, pelo que

esta ltima se despreza;

A [OH] proveniente da base muito maior que a [OH] proveniente da autoionizao da gua, pelo que esta

ltima se despreza.

Contudo, nas solues de cidos e de bases muito diludas, ou nas solues de cidos e de bases muito fracos, as

duas parcelas relativas s concentraes de H3O+(aq) e as duas relativas s concentraes de OH(aq), j so mais

prximas, pelo que o efeito da autoionizao da gua no se deve desprezar. A figura 2 mostra a zona de pH para

a qual a autoionizao da gua no pode ser ignorada, quando se calcula o pH de uma soluo.

105 106 107 108 109 [H3O+] / mol L1

pH98765

Figura 2 Zona de pH, a 25 C, em que a auto-ionizao da gua como fonte de H3O+(aq) e de OH(aq) no desprezvel.

Para o caso de cidos fracos e de bases fracas, existe a regra prtica: no se dever desprezar o contributo da

auto-ionizao da gua se:

1) para solues cidas, em que a representa a concentrao do cido e Ka a sua constante de acidez;

2) para solues alcalinas, em que b representa a concentrao da base e Kb a sua constante

de basicidade.

QuestoCalcula o pH de uma soluo de HCl de concentrao 2,00 x 108 mol/L, a 25 C.

Resposta: H a considerar as duas contribuies de H3O+:

(1) HCl(aq) + H2O(l) Cl(aq) + H3O

+(aq)(2) 2 H2O(l) H3O

+(aq) + OH(aq)Baseando-nos no facto de HCl ser um cido forte poderamos ser tentados a considerar apenas a contribuio (1) e teramos: [H3O

+] = 2,00 x 108 mol/L => pH = log (2,00 x 108) = 7,7

Este valor incoerente, pois sendo uma soluo de HCl ser sempre cida!!!

Devemos, pois, considerar a autoionizao da gua, ou seja, o contributo (2), do qual vir [OH] = x e um contributo para a concentrao de H3O

+ tambm igual a x, de acordo com a estequiometria da reao de autoionizao da gua.

Ento, a concentrao de H3O+(aq), tendo em conta os dois contributos, ser: [H3O

+] = 2,0 x 108 + x

Como [H3O+] x [OH] = 1,00 1014 vem x(2,00 x 108 + x) = 1,00 1014 x2 + 2,00 x 108 x 1,00 x 1014 = 0

A nica soluo possvel para esta equao :

x = 9,05 x 108 => [H3O+] = 2,05 x 108 + 9,05 x 108 = 1,11 x 107 => pH = log (1,11 x 107) = 6,96


2.1.4 Acidez e basicidade de solues de cidos fracos e de bases fracas

Sendo a ionizao dos cidos fracos e das bases fracas pouco extensa, necessrio calcular as concentraes de equilbrio

a partir dos valores da concentrao inicial do cido ou da base e das respetivas constantes de acidez ou basicidade.

Vejamos o caso de uma soluo 0,15 mol dm3 de cido actico, CH3COOH (Ka = 1,8 x 105).

A equao da reao de ionizao : CH3COOH(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + CH3COO

(aq)

A expresso da constante de equilbrio :

conveniente organizar uma tabela na qual se designa por x a concentrao de CH3COOH que se ioniza:

CH3COOH CH3COO H3O

+

Concentrao inicial/mol dm3 0,15 0 @ 0

Variao/mol dm3 x + x + x

Concentrao no equilbrio/mol dm3 0,15 x x x

Substituindo os valores da tabela na expresso de Ka, vem:

Se a concentrao inicial do cido no for muito baixa e o valor de Ka for relativamente baixo, faz-se a seguinte

aproximao:

x 0,15 x 0,15 => x2 = 1,8 x 105 x 0,15 x = 1,6 x 103

Esta expresso validada se for verificada a relao x / cinicial 100 < 5%, o que acontece neste caso:

1,6 x 103/0,15 x 100 = 1,1% < 5%

Deste modo, as concentraes das diferentes espcies no estado de equilbrio so, em mol dm3:

[CH3COOH] = 0,15 1,6 x 103 0,15; [CH3COO

] = 1,6 x 103; [H3O+] = 1,6 x 103

Pode ainda calcular-se o pH da soluo final: pH = log 1,6 x 103 pH = 2,8


QuestoPrepararam-se, a 25 C, 250 mL de uma soluo de hidrazina, N2H4, dissolvendo 1,60 g deste composto em gua. A hidrazina ioniza-se em gua de acordo com:

N2H4 (aq) + H2O N2H5+ (aq) + OH (aq) Kb(N2H4) = 1,7 x 10

6

Calcula os valores das concentraes das espcies qumicas presentes na soluo.

Resposta: 1: clculo da quantidade de hidrazina: n = 1,60/ 92 n = 0,0174 mol2: clculo da concentrao inicial de hidrazina: [N2H4] = 0,0174/0,250 [N2H4] = 0,0696 mol dm

3

3: expresso da constante de basicidade Kb:

4: clculo de x : x = 3,4 x 104

5: verificao da condio de validao: 0,34 x 104/0,0696 x 100 = 4,9% < 5%6: concentraes de equilbrio, em mol dm3: [N2H4] = 0,0696 3,4 x 10

4 = 0,0693; [N2H5+] = 3,4 x 104; [OH] = 3,4 x 104

2.1.5 Acidez e basicidade de solues de sais

Uma soluo aquosa de um cido necessariamente cida, assim como a soluo aquosa de uma base

necessariamente alcalina. E as solues aquosas de sais sero cidas, bsicas ou neutras? muito frequente

pensar-se que uma soluo de um sal em gua no altera o pH da gua, o que no correto, j que h sais que:

No provocam alterao do pH, o que significa que as solues aquosas desses sais so neutras;

Aumentam o pH, o que significa que as solues aquosas desses sais so alcalinas;

Diminuem o pH, o que significa que as solues aquosas desses sais so cidas.

Os sais so compostos inicos, que se podem obter, por exemplo, a partir da reao entre um cido e uma base,

mas as respetivas solues aquosas nem sempre so neutras (em termos de cido-base).

Como j se referiu, a dissociao de um sal origina caties e anies.

Os caties de metais alcalinos e alcalinoterrosos (Li+, Na+, K+; Mg2+, Ca2+, Ba2+,...) no tm tendncia para

reagir com a gua e, por isso, no afetam o pH das respetivas solues aquosas.

Tambm os anies, bases conjugadas de cidos muito fortes, como, por exemplo, os ies Cl, Br, NO3, no

reagem com gua, no afetam o pH das respetivas solues aquosas, que so praticamente neutras.

Isto significa que, por exemplo, solues de cloreto de sdio, de nitrato de clcio ou de brometo de potssio

sero neutras, ou seja, tero pH = 7, temperatura de 25 C.

Mas, h situaes em que ocorrem reaes de espcies em soluo com gua reaes de hidrlise.

I. Sais que originam solues bsicas

Considere-se a dissociao do sal nitrito de sdio nos seus ies:

NaNO2(s) Na+(aq) + NO2

(aq)


O anio nitrito (NO2) base conjugada de um cido fraco HNO2 (Ka = 5,1 x 10

4). Ento Kb de NO2 2,0 x 1011.

Ou seja, apesar de NO2 ser uma base fraca, ainda tem a capacidade de reagir segundo a equao qumica:

NO2(aq) + H2O(l) HNO2(aq) + OH

(aq) reao de hidrlise

Concluso: devido formao de ies OH por hidrlise dos ies nitrito, a soluo aquosa de NaNO2 fica alcalina.

II. Sais que originam solues cidas

Considere-se a dissociao do sal cloreto de amnio nos seus ies:

NH4Cl(s) NH4+(aq) + Cl (aq)

O io Cl base conjugada de um cido forte, por isso no se hidrolisa. J o catio amnio (NH4+) cido conjugado

de uma base fraca, NH3 (Kb = 1,8 x 105). Ento, Ka de NH4

+ 5,5 x 1010, o que significa que NH4+ reage com a gua

segundo a equao qumica:

NH4+ (aq) + H2O(l) NH3(aq) + H3O

+(aq) reao de hidrlise

Concluso: devido formao de ies H3O+(aq) por hidrlise dos ies amnio, a soluo aquosa de NH4Cl fica cida.

III. Sais em que tanto o catio como o anio se hidrolisam

O sal NH4NO2, em soluo aquosa, pode estar completamente dissociado nos seus ies:

NH4NO2(s) NH4+(aq) + NO2

(aq)

O io NH4+ (aq) o cido conjugado de uma base fraca, NH3(aq), e o io NO2

(aq) a base conjugada do cido fraco HNO2.

Deste modo, os dois tipos de ies, ies amnio e ies nitrito, reagem com a gua reaes de hidrlise

NH4+ (aq) + H2O(l) NH3(aq) + H3O

+(aq) com Ka = 5,6 x 1010

NO2 (aq) + H2O(l) HNO2(aq) + OH

(aq) com Kb = 1,6 x 1011

Concluso: a extenso da reao de hidrlise dos caties amnio superior da dos anies nitrito, Ka > Kb, pelo

que a soluo apresentar caractersticas cidas.

A tabela 1 resume as concluses anteriores.

Anio Catio Soluo aquosa do sal

Neutro Neutro Neutra

Neutro cido cida

Bsico Neutro Bsica

Bsico cidocida se Ka(catio) > Kb(anio)Bsica se Ka(catio) < Kb(anio)Neutra se Ka(catio) = Kb(anio)

Tabela 1 Caractersticas de cido-base de solues aquosas de sais.


Atividade

Recorrendo s tabelas de Ka e de Kb (ver anexos), prev as propriedades de cido-base da soluo de

hipoclorito de amnio (NH4ClO).

2.1.6 Solues tampo

Para regular o pH de muitas solues, adicionam-se sais com as caractersticas

desejadas. o caso de solues aquosas de bicarbonato de sdio (Fig. 3),

aplicadas por via intravenosa para repor o pH dos fluidos do corpo, e da adio

de sais a piscinas e aqurios para regular o pH para valores apropriados.

A administrao intravenosa da soluo deste saco pode salvar uma vida. A

concentrao de cada soluto na soluo cuidadosamente selecionada para

manter a concentrao total do soluto dentro de uma gama tima e, assim, manter

o pH do sangue. Pequenssimas variaes no pH do sangue podem ser fatais e, por

isso, a necessidade de recorrer a este rpido sistema de compensao. O valor de

pH normal do sangue situa-se no intervalo 7,35 - 7,45, mesmo se a concentrao

de dixido de carbono (e portanto de cido carbnico) variar de forma aprecivel.

Quando o pH do sangue est fora deste intervalo, surgem doenas como a

alcalose (se o pH for superior a 7,45) ou a acidose (se o pH for inferior a 7,35). Fora do intervalo 6,8 - 8,0, a morte

ocorre rapidamente. Isto passa-se com muitos outros fluidos biolgicos nos organismos multicelulares que, para

funcionarem normalmente, necessitam que os fluidos tenham valores de pH praticamente constantes (ou seja, que

se situem dentro de limites apertados), tanto no interior como no exterior das clulas.

Alm dos fluidos biolgicos, existem inmeras situaes em que, por vrias razes, o pH tem de ser controlado

e mantido quase inalterado: em processos industriais, como no fabrico de corantes, de materiais de fotografia,

tratamento de peles; em galvanoplastia; em anlise qumica; na calibrao de medidores de pH; no tratamento

das guas das piscinas;

Isto consegue-se utilizando as chamadas solues tampo, que so solues cujo pH no varia notoriamente por

adio de pequenas quantidades de cido ou de base, mesmo que fortes.

As solues tampo requerem a presena simultnea de um cido, HA, e de uma base, B, fracos e em concentraes

apreciveis. Normalmente, B a base conjugada do cido HA, que A. ento necessrio ter uma mistura de

um cido fraco (para garantir uma aprecivel concentrao de molculas HA) com um sal que contenha ies A

(para garantir uma aprecivel concentrao de ies A).

Figura 3 Solues aquosas de bicarbonato de sdio para

administrao intravenosa.


Usando um exemplo e, posteriormente, os esquemas das figuras 4 e 5, mais fcil perceber o efeito tampo:

CH3COOH(aq) + H2O(l) CH3COO(aq) + H3O

+(aq) equilbrio (1)

HA A

Considere-se que se fez uma soluo de CH3COOH e NaCH3COO de tal modo que as concentraes de CH3COOH

e CH3COO so iguais.

Adicionando uma pequena quantidade de um cido forte soluo em equilbrio (1), os recm adicionados

ies H3O+(aq) transferem protes para os ies CH3COO

(aq) formando molculas de CH3COOH(aq), ou seja,

a reao (1) ocorrer predominantemente no sentido inverso, de acordo com o princpio de Le Chatelier e a

estequiometria da reao, at se atingir um novo estado de equilbrio.

Neste novo estado, a concentrao de CH3COOH(aq) maior do que no estado de equilbrio anterior adio

do cido forte e a concentrao dos ies CH3COO(aq) menor do que no estado de equilbrio anterior quela

adio, sendo o aumento da concentrao de CH3COOH(aq) igual diminuio da concentrao dos ies

CH3COO(aq).

Como o valor absoluto desta variao muito menor do que as concentraes de qualquer das espcies antes da

referida adio de uma pequena quantidade do cido forte, a concentrao dos ies H3O+(aq) no novo estado de

equilbrio ser pouco maior do que a sua concentrao no estado de equilbrio anterior adio do cido forte.

Como a concentrao de H3O+(aq) aumenta pouco, o pH praticamente no varia (Fig.4).

gua

1 L de gua pura Soluo de HCl

+0,001 mol de HCl

pH diminuiu 4 unidades

pH = 7,0 pH = 3,01 L de Soluo

0,1mol de CH3COOH +

0,1mol de CH3COONa

Soluo Final

+0,001 mol de HCl

pH diminuiu 0,1 unidades

pH = 4,8 pH = 4,7

soluotampo

Figura 4 Efeito comparativo da adio de um cido forte a gua e a uma soluo tampo.

Adicionando uma pequena quantidade de uma base forte soluo em equilbrio (1), os recm adicionados ies

OH(aq) reagem com ies H3O+(aq) formando molculas de H2O(l), de acordo com OH

(aq) + H3O+(aq) 2 H2O (l).

Consequentemente, a concentrao de H3O+(aq) diminui e a reao (1) ocorrer predominantemente no

sentido direto, de acordo com o princpio de Le Chatelier e a estequiometria da reao, at se atingir um

novo estado de equilbrio.


Neste novo estado, a concentrao de CH3COOH(aq) menor do que no estado de equilbrio anterior adio da

base forte e a concentrao dos ies CH3COO(aq) maior do que no estado de equilbrio anterior quela adio,

sendo o aumento da concentrao dos ies CH3COO(aq) igual diminuio da concentrao de CH3COOH(aq).

Como o valor absoluto desta variao muito menor do que as concentraes de qualquer das espcies antes

da referida adio de uma pequena quantidade da base forte, a concentrao dos ies H3O+(aq) no novo estado

de equilbrio ser pouco menor que sua concentrao no estado de equilbrio anterior adio da cido forte.

Como a concentrao de H3O+(aq) diminui pouco, o pH praticamente no varia (Fig. 5), tal como se discutiu para

situaes em que se adiciona uma pequena quantidade de um cido forte (Fig. 4).

gua

1 L de gua pura Soluo de NaOH

+0,001 mol de NaOH

pH aumentou 4 unidades

pH = 7,0 pH = 11,01 L de Soluo

0,1mol de CH3COOH +

0,1mol de CH3COONa

Soluo Final

+0,001 mol de NaOH

pH aumentou 0,1 unidades

pH = 4,8 pH = 4,9

soluotampo

Figura 5 Efeito comparativo da adio de uma base forte a gua e a uma soluo tampo.

A tabela 2 apresenta sistemas tampo tpicos, que podero ser selecionados em funo do fim a que destinam.

Tampes Composio KapH de efeito tampo mximo pKa

( log Ka)

cidos

CH3COOH / CH3COO

HNO2/NO2

HClO2 / ClO2

1,82 x 10-54,26 x 10-41,00 x 10-2

4,74

3,37

2,00

alcalinosNH4

+ /NH3

H2PO4/ HPO4

2

5,62 x 10-106,16 x 10-8

9,25

7,21

Tabela 2 Caracterizao de alguns sistemas tampo e valores para os quais o efeito tampo mximo.

Tambm so exemplos de solues tampo, as solues de cidos fortes, ou de bases fortes, pouco diludas,

uma vez que, se adicionarmos pequenas quantidades de um cido, ou de uma base, a um volume aprecivel de

qualquer dessas solues, o seu pH no variar ou variar pouco.


2.1.7 Titulaes de cido-base

Uma titulao de cido-base uma tcnica em que atravs da medio rigorosa de volumes de solues se

determina a concentrao de uma soluo, utilizando outra soluo, cuja concentrao conhecida com

exatido, isto , utilizando uma soluo padro. O nome titulao significa determinao do ttulo e o ttulo

era o nome que se dava antigamente concentrao.

Neste processo adiciona-se uma soluo, que colocada na bureta (titulante), outra soluo que se encontra

no Erlenmeyer (titulado), ocorrendo uma reao de cido-base (Fig. 6).

Bureta

Pina para buretas

Titulante- a sua concentrao conhecida;

- mede-se o seu volume no final da titulao (no ponto final).

A torneira regula a adio de titulante at se atingir o ponto final

(mudana de cor)

Titulado- o seu volume conhecido;

- adiciona-se-lhe indicador;

- calcula-se a sua concentrao no final da titulao.

Suporte universal

Erlenmeyer

Figura 6 Esquema de uma titulao.

O ponto de equivalncia da titulao atingido quando a quantidade (nmero de moles) de ies H3O+

proveniente do cido igual quantidade (nmero de moles) de ies OH proveniente da base.

Este ponto determinado, na prtica, pelo chamado ponto final, o qual detetado:

- Atravs de um indicador de pH (Fig. 7 A), que uma substncia que muda de cor em funo do pH do meio;

- Atravs da curva de titulao (Fig. 7 B), que um grfico resultante de registos de valores de pH e de volume de titulante

adicionado; uma curva de titulao mostra como varia o pH do titulado medida que se lhe adiciona o titulante.

Entre o ponto final e o ponto de equivalncia existe sempre um desvio, que se chama erro de titulao, o qual

deve ser minimizado.

002468

101214

5

A B

C

D

10

pH

Volume de NaOH(aq) adicionado/mL15 20 25 30 35

A B

Figura 7 Indicador de cido-base (A); curva de titulao (B).


As reaes envolvidas em titulaes de cido-base so reaes de neutralizao, no porque o pH final

corresponda a uma soluo neutra (pH = 7, a 25 C)

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Quimica_ManualAluno_12ano.pdf