Determinação de Sulfato por Nefelometria

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Nefelometria

Thiago C. Correra

QBQ5825 — Pr´

atica de Ensino de Qu´ımica e Bioqu´ımica

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Introdu¸

c˜

ao

Esse relatório tem o objetivo de apresentar as atividades realizadas como monitor na disciplina QFL-3203 – Anal´ıtica Instrumental, por ocasião da disciplina QBQ5825 – Prática de Ensino de Qu´ımica e Bioqu´ımica.

Além de tratar brevemente das atividades realizadas, será discutida também uma modifica¸cão nos experimentos didáticos realizados pelos alunos.

Atividades realizadas

A disciplina QFL-3203 – Anal´ıtica Instrumental é uma disciplina tanto teórica quanto experimental, onde muitas técnicas são abordadas. A atividade principal realizada pelos monitores é, portanto, se responsabilizar por dois dos experimentos realizados.

Nesse sentido, os monitores ficam responsáveis por testar os experimentos, preparar e apresentar o colóquio, corrigir os testes de laboratório e, caso desejar, propor pequenas mudan¸cas na realiza¸cão desses experimentos. Dos experimentos dispon´ıveis, tanto a técnica de fluorimetria quanto de cromatografia gasosa foram de minha responsabilidade. Além do descrito acima, outras atividades, como avaliar seminários e auxiliar em duvidas e resolu¸cão de exerc´ıcios foram também realizadas.

Por fim, foi proposta, além de mudan¸cas menores nos roteiros dos experimentos, uma nova atividade para ser realizada em conjunto com o experimento de fluorimetria. Tal proposta, assim como sua motiva¸cão, é detalhada a seguir.

Motiva¸

c˜

ao

O experimento de fluorimetria realizado atualmente consiste na determina¸cão de qui-nino em água tônica. Apesar desse experimento ser bastante ilustrativo, ele é de fácil realiza¸cão e, portanto, dura pouco menos de 2 horas, contando com o tempo utilizado no colóquio inicial. Como as aulas de laboratório, normalmente, duram 4 horas, acreditasse que este tempo possa ser usado de forma mais efetiva. Além disso, esse experimento se mostra pouco atraente aos alunos, principalmente pela amostra não representar elevada importância, além de não possuir valor de referência para compara¸cão. Por este motivo, a fluorimetria foi escolhida como a técnica na qual deveriam ser focados os esfor¸cos para a proposta de um novo experimento.

Além disso, como a própria natureza do fluor´ımetro utilizado faz com que os experi-mentos sejam extremamente rápidos, pensou-se não em substituir o experimento, e sim em adicionar um experimento ao já realizado, explorando tanto o tempo restante no laboratório, quanto outras caracter´ısticas do equipamento, até então negligenciadas.

Procurando na literatura[1] utiliza¸cões de fluor´ımetros no ensino de qu´ımica, foi en-contrada a utiliza¸cão de métodos nefelométricos para determinar espalhamento de luz causados por colóides e sua quantifica¸cão. Desta forma, foi realizado o estudo da utili-za¸cão do fluor´ımetro presente como um nefelômetro.

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A amostra escolhida é outro fator que motiva este trabalho. O que se determina nesse experimento é a quantidade de sulfato em água. Esse método, conforme mostram os cálculos realizados, é capaz de determinar sulfato em fontes de interesse para a qu´ımica ambiental, como em efluentes e em chuva ácida. Se lembrarmos que este curso é ofere-cido, entre outros, para estudantes de qu´ımica ambiental, veremos o alto apelo que esse experimento teria, se adicionado ao quadro de técnicas.

Cabe ressaltar que esse experimento, por ser também rápido, pode ser realizado em conjunto com o experimento de determina¸cão de quinino por fluorimetria, sem causar perda de nenhum conteúdo para a disciplina, o que é um dos objetivos deste trabalho.

Descri¸

c˜

ao do m´

etodo

O método utilizado foi adaptado da literatura[1], onde a fonte de radia¸cão que se utiliza é um laser de He-Ne, e um fotodiodo como detector. Essa fonte, apesar de ser indicada para experimentos de espalhamento de luz, tanto por sua alta intensidade, quanto por ser monocromática, é muito dispendiosa, e além disso, não esta dispon´ıvel em nossos laboratórios.

Sendo assim, a própria fonte de radia¸cão no vis´ıvel do fluor´ımetro foi utilizada. Entre-tanto, apesar de existir a possibilidade de utilizar filtros primários que possibilitassem que a radia¸cão escolhida fosse no vermelho (faixa de 600-700 nm), o mais indicado para se realizar experimentos de espalhamento, não existe no laboratório nenhum par de fil-tros nesse intervalo. O único par de filtros de mesmo intervalo de comprimento de onda presente é o de 540 nm, ou seja, radia¸cão correspondente ao verde.

Outra pequena adapta¸cão também foi realizada. Apesar dos filtros secundários serem mais transparentes a radia¸cão, foram utilizados dois filtros primários, tanto para filtrar a radia¸cão emitida pela fonte, quanto para filtrar a radia¸cão que chega no detector. Esse procedimento é necessário, já que pelo fato do fluor´ımetro ter sido constru´ıdo para medir pequenas intensidades de radia¸cão, uma grande quantidade de luz espalhada satura o detector, e somente com um filtro menos transparente é poss´ıvel trabalhar sem que esse problema ocorra.

Para poder comparar os resultados aqui obtidos com o da literatura, o mesmo método de calibra¸cão proposto foi utilizado. O método consiste em preparar 5 solu¸cões de concentra¸cão de sulfato variadas, e adicionar uma mesma quantidade de ´ıons Ba2+

em excesso, conforme mostra a Tabela 1.1 abaixo. As solu¸cões estoque foram preparadas a partir dos sais de cloreto de bário dihidratado e sulfato de sódio, de modo que se obtivessem solu¸cões de 0,100 M e 0,0100 M respectivamente. Cabe ressaltar que cada grupo utiliza cerca de 50 mL da solu¸cão de bário e 10 ml da solu¸cão de sulfato. A solu¸cão de sulfato de sódio de concentra¸cão 0,00100 M é preparada pela dilui¸cão de 10 vezes da solu¸cão de sulfato citada anteriormente.

Cabe ressaltar aqui que as solu¸cões preparadas a partir das solu¸cões estoque foram, assim como na literatura, preparadas em provetas. Apesar da curva de calibra¸cão exibir uma boa sensibilidade, não se recomenda o uso de provetas, devido a grande incerteza associada a sua utiliza¸cão. Outros métodos como a utiliza¸cão de pipetas e balões

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volu-Ponto da Solu¸c˜ao Volume de Volume de Volume de Volume curva de Sulfato sol. sulfato ´agua sol. Bario total

1 0.001 M 2 mL 3 mL 5 mL 10 ml 2 0.001 M 5 mL 0 mL 5 mL 10 ml 3 0.01 M 1 mL 4 mL 5 mL 10 ml 4 0.01 M 2 mL 3 mL 5 mL 10 ml 5 0.01 M 3 mL 2 mL 5 mL 10 ml

Tabela 1.1: Volumes de solu¸cão necessários para a prepara¸cão da curva de calibra¸cão para determina¸cão de sulfato.

métricos ou até mesmo de tubos Falcon, podem melhorar os resultados obtidos. Além disso, a utiliza¸cão de provetas impede que os alunos pratiquem a¸cões que, apesar de se-rem corriqueiras no laboratório de qu´ımica, ainda apresentam-se como desafios a muitos alunos.

A amostra foi preparada da mesma forma que o padrão, mas se utilizou 5 ml de amostra e 5 ml de solu¸cão de bário.

Cabe ressaltar que o sulfato de bário utilizado para a quantifica¸cão não é um colóide verdadeiro. A influência desse fato é pequena nas solu¸cões com baixo teor de sulfato, mas se torna muito importante nas mais concentradas. Apesar disso ser um fato que dificulte a quantifica¸cão, é extremamente ilustrativo para um experimento didático. Discussões a respeito dos métodos poss´ıveis para resolver esta questão podem ser realizadas, assim como análises das causas deste problema, envolvendo conceitos da f´ısico-qu´ımica.

Nesse experimento não foram testados estabilizantes para manter o sulfato de bário em suspensão, assim como sugerido pela literatura[1]. Testes mostram que, se a medida for feita imediatamente após a adi¸cão de bário nos padrões (curva a) Figura 1.1), ou se esperamos que o sólido precipite e o ressuspendamos por agita¸cão (curva b) Figura 1.1), ocorrem varia¸cões na sensibilidade.

Uma precau¸cão que se recomenda é, portanto, utilizar algum estabilizante, como por exemplo um surfactante. Uma outra op¸cão, que além de diminuir o custo, pode ser ilustrativa para os alunos, é utilizar albumina de ovo para este fim.

Cabe ressaltar que realizar duas curvas, com e sem estabilizantes, n˜ao seria nem dispendioso, nem demorado.

Resultados e discuss˜

ao

Da curva de calibra¸cão obtida vemos que é poss´ıvel trabalhar com concentra¸cões de sulfato na faixa de 0,00025 a 0,0030 mol L−1, o que corresponde a faixa de 0,024 a 0,288

g L−1. Apesar do artigo onde foram baseados estes estudos sugerir que ´agua de torneira

possa ser usada como amostra, isso não é válido para a água encontrada no Brasil, que tem teor de sulfato muito mais baixo do que a água norte-americana.

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0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0 100 200 300 400 500 a) leitura imediata b) após agitação U n i d a d e s a r b i t r á r i a s C/mol L -1 Equação y = a + b*x R-quadrado 0,99839 0,99912

Coef. Valor Desvio Padrão Leitura Imediata linear 3,82907 5,54414 Leitura Imediata angular 161793,21245 3246,99621 Após agitação linear 6,8238 3,5093 Após agitação angular 138300,72766 2055,26723

a)

b)

Figura 1.1: Curvas de calibra¸cão para determina¸cão de sulfato para: a) leitura imedia-tamente após da adi¸cão de Ba2+

e b) ap´os agita¸c˜ao

ácida, que apesar de necessitarem de dilui¸cão aproximada de 5 e 50 vezes respectiva-mente, podem ser facilmente quantificadas. Cabe ressaltar que amostras de águas mi-nerais sulfatadas1

apresentam teor de sulfato na faixa detectada pelo método descrito, sem necessitar, a princ´ıpio, de dilui¸cões ou pré-concentra¸cões. Outra conclusão é a boa linearidade apresentada pelo método, que apesar dos problemas expostos anteriormente, possibilita uma determina¸cão precisa do teor de sulfato nas amostras. Além disso, a linearidade apresentada ilustra que a escolha de radia¸cão na região do verde, apesar de não ser a mais indicada, é adequada para esta aplica¸cão.

Por fim, ressaltamos que este experimento, desde a prepara¸cão da amostra até a lavagem das vidrarias, durou pouco mais de uma hora, quando realizado somente por um aluno e, portanto, pode ser facilmente integrado ao experimento já realizado.

Devemos salientar que a discussão das caracter´ısticas de um colóide para ser conveni-entemente quantificado, como cor e distribui¸cão de tamanho das part´ıculas, contribuirá

1

´

aguas sulfatadas s˜ao aquelas que cont´em no m´ınimo 0,100g de SO2−

4 por litro, combinado com Na +

, K+

e Mg+

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sobremaneira com os conhecimentos envolvidos nos experimentos.

Conclus˜

ao do m´

etodo utilizado

Apesar de possuir algumas deficiências, o método presente na literatura foi adaptado com sucesso, e se as mudan¸cas propostas anteriormente forem utilizadas, melhores resul-tados podem ser obtidos. Pela utiliza¸cão de reagentes de fácil acesso e de baixo risco, pelo tempo que este experimento demora, pela utiliza¸cão de uma amostra de cunho ambien-tal e pela possibilidade de discutir muitos outros aspectos envolvidos tanto na qu´ımica anal´ıtica, como em outras áreas da qu´ımica, esse experimento, se utilizado, apresentará uma grande contribui¸cão para a disciplina e para uma visão mais contextualizada do aluno.

Conclus˜

ao

O estágio em monitoria se mostrou de grande impotância, não só por propiciar contato mais efetivo entre o aluno de pós-gradua¸cão e o ensino superior, mas também por possi-bilitar uma experiência concreta com preparos de aulas e outras práticas envolvidas no cotidiano do ensino de qu´ımica, o que é extremamente valioso para aqueles que desejam se tornar professores do ensino superior.

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[1] S. W. Bigger, K. P. Ghiggino, G. A. Meilak, e B. Verity. Illustration of the principles of fluorimetry. J. Chem. Educ., 69(8):675–677, 1992.