Em um laboratório, há dois frascos com soluções aquosas diferentes

Esta lista de exercícios sobre constante de ionização aborda situações em que essa variável física é utilizada para determinar a força de ácidos ou bases inorgânicas. Publicado por: Diogo Lopes Dias

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 ao mergulhar, nas soluções, os eletrodos de um aparelho para medir a condutibilidade elétrica, a intensidade da luz da lâmpada do aparelho era a mesma para as duas soluções;

 ao adicionar a mesma quantidade de indicador universal para ácidos e bases a amostras de mesmo volume das duas soluções, a coloração final observada era a mesma.

a) Explique por que duas soluções tão diferentes exibem comportamentos tão semelhantes.

b) Considerando os valores fornecidos nesta questão, calcule a constante de dissociação iônica do ácido acético. Mostre os cálculos.

3 SUMÁRIO RESUMIDO Capítulo 1 A Natureza da Química Analítica 1 PARTE I Ferramentas da Química Analítica 15 Capítulo 2 Produtos Químicos, Equipamentos e Operações Unitárias em Química Analítica 18 Capítulo 3 Utilização de Planilhas de Cálculo em Química Analítica 49 Capítulo 4 Cálculos Empregados na Química Analítica 64 Capítulo 5 Erros em Análises Químicas 83 Capítulo 6 Erros Aleatórios em Análises Químicas 98 Capítulo 7 Tratamento e Avaliação Estatística de Dados 132 Capítulo 8 Amostragem, Padronização e Calibração 163 PARTE II Equilíbrios Químicos 211 Capítulo 9 Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 214 Capítulo 10 O Efeito de Eletrólitos nos Equilíbrios Químicos 252 Capítulo 11 Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos 266 PARTE III Métodos Clássicos de Análise 295 Capítulo 12 Métodos Gravimétricos de Análise 298 Capítulo 13 Métodos Titulométricos; Titulometria de Precipitação 321 Capítulo 14 Princípios das Titulações de Neutralização 350 Capítulo 15 Curvas de Titulação para Sistemas Ácido/Base Complexos 375 Capítulo 16 Aplicações das Titulações de Neutralização 406 Capítulo 17 Reações e Titulações de Complexação 427 PARTE IV Métodos Eletroquímicos 461 Capítulo 18 Introdução à Eletroquímica 464 Capítulo 19 Aplicações dos Potenciais Padrão de Eletrodo 493 Capítulo 20 Aplicações das Titulações de Oxidação-Redução 527 Capítulo 21 Potenciometria 553 Capítulo 22 Eletrólise Completa: Eletrogravimetria e Coulometria 596 Capítulo 23 Voltametria 627 PARTE V Análise Espectroquímica 667 Capítulo 24 Introdução aos Métodos Espectroquímicos 670 Capítulo 25 Instrumentos para a Espectrometria Óptica 704 Capítulo 26 Espectrometria de Absorção Molecular 743 Capítulo 27 Espectroscopia de Fluorescência Molecular 782 Capítulo 28 Espectroscopia Atômica 796 v

4 vi FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA PARTE VI Cinética e Separações 831 Capítulo 29 Métodos Cinéticos de Análise 834 Capítulo 30 Introdução às Separações Analíticas 862 Capítulo 31 Cromatografia Gasosa 899 Capítulo 32 Cromatografia Líquida de Alta Eficiência 924 Capítulo 33 Outros Métodos de Separação 946 PARTE VII Aspectos Práticos da Análise Química 969 Capítulo 34 Análise de Amostras Reais 972 Capítulo 35 Preparação de Amostras para Análise 982 Capítulo 36 Decomposição e Dissolução da Amostra 989 Glossário G-1 Apêndice 1 A Literatura em Química Analítica A-1 Apêndice 2 Constantes dos Produtos de Solubilidade a 25 C A-6 Apêndice 3 Constantes de Dissociação de Ácidos a 25 C A-8 Apêndice 4 Constantes de Formação a 25 C A-10 Apêndice 5 Potenciais de Eletrodo Padrão e Formais A-12 Apêndice 6 Uso de Números Exponenciais e Logaritmos A-15 Apêndice 7 Cálculos Volumétricos Usando Normalidade e Peso Equivalente A-19 Apêndice 8 Compostos Recomendados para a Preparação de Soluções Padrão de Alguns Elementos Comuns A-26 Apêndice 9 Derivação das Equações de Propagação de Erros A-28 Respostas à Questões e aos Problemas Selecionados A-33 Índice I-1

5 SUMÁRIO Prefácio xiii Agradecimentos xvii Capítulo 1 A Natureza da Química Analítica 1 1A O Papel da Química Analítica 2 1B Métodos Analíticos Quantitativos 4 1C Uma Análise Quantitativa Típica 4 1D Um Papel Integrado da Análise Química: Sistemas Controlados por Realimentação 8 Destaque 1-1 Morte de Cervos: Um Estudo de Caso Ilustrando o Uso da Química Analítica na Solução de um Problema em Toxicologia 9 PARTE I Ferramentas da Química Analítica 15 Uma conversa com Richard N. Zare 16 Capítulo 2 Produtos Químicos, Equipamentos e Operações Unitárias em Química Analítica 18 2A Seleção e Manuseio de Reagentes e Produtos Químicos 19 2B Limpeza e Marcação de Materiais de Laboratório 20 2C Evaporação de Líquidos 20 2D Medida de Massa 21 2E Equipamentos e Manipulações Associados à Pesagem 28 2F Filtração e Ignição de Sólidos 30 2G Medida de Volume 36 2H Calibração do Material de Vidro Volumétrico 44 2I O Caderno de Laboratório 46 2J Segurança no Laboratório 48 Capítulo 3 Utilização de Planilhas de Cálculo em Química Analítica 49 3A Manutenção de Registros e Realização de Cálculos: Exercício com Planilha Eletrônica B Cálculo da Massa Molar Usando o Excel: Exercício com Planilha Eletrônica 2 54 Capítulo 4 Cálculos Empregados na Química Analítica 64 4A Algumas Unidades Importantes 64 Destaque 4-1 Unidade de Massa Atômica e o Mol 66 Destaque 4-2 O Método da Análise Dimensional para o Exemplo B Soluções e Suas Concentrações 68 4C Estequiometria Química 76 Capítulo 5 Erros em Análises Químicas 83 5A Alguns Termos Importantes 84 5B Erros Sistemáticos 88 Capítulo 6 Erros Aleatórios em Análises Químicas 98 6A A Natureza dos Erros Aleatórios 98 Destaque 6-1 Jogando Moedas: Uma Atividade para Ilustrar uma Distribuição Normal 102 6B Tratamento Estatístico de Erros Aleatórios 103 Destaque 6-2 Cálculo da Área sob uma Curva Gaussiana 106 Destaque 6-3 O Significado de Número de Graus de Liberdade 109 Destaque 6-4 Equação para Cálculo do Desvio Padrão Combinado 115 6C Desvio Padrão de Resultados Calculados 118 6D Apresentação de Resultados Calculados 123 Capítulo 7 Tratamento e Avaliação Estatística de Dados 132 7A Intervalos de Confiança 133 Destaque 7-1 Bafômetros 137 7B Ferramentas Estatísticas para o Teste de Hipóteses 138 7C Análise de Variância 148 7D Detecção de Erros Grosseiros 155 Capítulo 8 Amostragem, Padronização e Calibração 163 8A Amostras e Métodos Analíticos 163 8B Amostragem e Manuseio da Amostra 166 Destaque 8-1 Lab-on-a-chip 178 8C Padronização e Calibração 179 Destaque 8-2 Um Método Comparativo para Aflatoxinas 179 Destaque 8-3 Calibração Multivariada 194 8D Figuras de Mérito para Métodos Analíticos 199 PARTE II Equilíbrios Químicos 211 Uma conversa com Sylvia Daunert 212 Capítulo 9 Soluções Aquosas e Equilíbrios Químicos 214 9A A Composição Química de Soluções Aquosas 214 9B Equilíbrio Químico 219 vii

6 viii FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Destaque 9-1 Constantes de Formação Parciais e Globais para Íons Complexos 222 Destaque 9-2 Por que [H 2 O] Não Aparece na Expressão de Constante de Equilíbrio para Soluções Aquosas 223 Destaque 9-3 Forças Relativas de Pares Ácido-Base Conjugados 230 Destaque 9-4 O Método das Aproximações Sucessivas 234 9C Soluções Tampão 236 Destaque 9-5 A Equação de Henderson-Hasselbach 238 Destaque 9-6 Chuva Ácida e a Capacidade Tamponante de Lagos 244 Capítulo 10 O Efeito de Eletrólitos nos Equilíbrios Químicos A O Efeito de Eletrólitos nos Equilíbrios Químicos B Coeficientes de Atividade 256 Destaque 10-1 Coeficientes de Atividade Médios 259 Capítulo 11 Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos A Método Sistemático para Resolução de Problemas de Múltiplos Equilíbrios B Cálculo de Solubilidade pelo Método Sistemático 273 Destaque 11-1 Expressões Algébricas Necessárias para se Calcular a Solubilidade do CaC 2 O 4 em Água C Separação de Íons pelo Controle da Concentração do Agente Precipitante 283 Destaque 11-2 Imunoensaio: Equilíbrios na Determinação Específica de Drogas 287 PARTE III Métodos Clássicos de Análise 295 Uma conversa com Larry R. Faulkner 296 Capítulo 12 Métodos Gravimétricos de Análise A Gravimetria por Precipitação 299 Destaque 12-1 Área Superficial Específica de Colóides B Cálculo dos Resultados a partir de Dados Gravimétricos C Aplicações dos Métodos Gravimétricos 312 Capítulo 13 Métodos Titulométricos; Titulometria de Precipitação A Alguns Termos Usados em Titulometria Volumétrica B Soluções Padrão C Cálculos Volumétricos 325 Destaque 13-1 Outra Abordagem para o Exemplo 13-6(a) 330 Destaque 13-2 Arredondamento das Respostas do Exemplo D Titulometria Gravimétrica E Curvas de Titulação nos Métodos Titulométricos F Titulometria de Precipitação 336 Destaque 13-3 Cálculo da Concentração da Solução Indicadora 343 Capítulo 14 Princípios das Titulações de Neutralização A Soluções e Indicadores para Titulações Ácido/Base B Titulações de Ácidos e Bases Fortes 354 Destaque 14-1 Uso da Equação de Balanço de Cargas para Construir as Curvas de Titulação 356 Destaque 14-2 Quantos Algarismos Significativos Devem Ser Mantidos nos Cálculos das Curvas de Titulação? C Curvas de Titulação para Ácidos Fracos 359 Destaque 14-3 Determinando a Constante de Dissociação para Ácidos e Bases Fracos D Curvas de Titulações para Bases Fracas 363 Destaque 14-4 Determinação de Valores de pk para os Aminoácidos E A Composição das Soluções Durante as Titulações Ácido/Base 367 Destaque 14-5 Localizando os Pontos Finais de Titulação a Partir de Medidas de ph 368 Capítulo 15 Curvas de Titulação para Sistemas Ácido/Base Complexos A Misturas de Ácidos Fortes e Fracos ou Bases Fortes e Fracas B Ácidos e Bases Polifuncionais C Soluções Tampão Envolvendo Ácidos Polipróticos D Cálculo de ph de Soluções de NaHA E Curvas de Titulação para Ácidos Polifuncionais 386 Destaque 15-1 A Dissociação do Ácido Sulfúrico F Curvas de Titulação para as Bases Polifuncionais G Curvas de Titulação para Espécies Anfipróticas 396 Destaque 15-2 Comportamento Ácido/Base de Aminoácidos H A Composição de Soluções de um Ácido Poliprótico em Função do ph 398 Destaque 15-3 Uma Expressão Geral para os Valores Alfa 399 Destaque 15-4 Diagramas Logarítmicos de Concentração 400 Capítulo 16 Aplicações das Titulações de Neutralização A Reagentes para Titulações de Neutralização 407

7 SKOOG, WEST, HOLLER E CROUCH Sumário ix 16B Aplicações Típicas das Titulações de Neutralização 412 Destaque 16-1 Determinação de Proteína Total em Soro Sanguíneo 413 Destaque 16-2 Outros Métodos de Determinação de Nitrogênio Orgânico 414 Destaque 16-3 Pesos Equivalentes de Ácidos e Bases 419 Capítulo 17 Reações e Titulações de Complexação A Formação de Complexos 428 Destaque 17-1 Cálculo de Valores Alfa para Complexos de Metais B Titulações com Agentes Complexantes Inorgânicos 432 Destaque 17-2 Determinação de Cianeto de Hidrogênio em Efluentes de Fábricas de Acrilonitrila C Agentes Complexantes Orgânicos D Titulações com Ácidos Aminocarboxílicos 435 Destaque 17-3 Espécies Presentes em uma Solução de EDTA 437 Destaque 17-4 O EDTA como Conservante 439 Destaque 17-5 Curvas de Titulação com EDTA na Presença de um Agente Complexante 448 Destaque 17-6 Como os Agentes Mascarantes e Desmascarantes Podem Ser Utilizados para Aumentar a Seletividade das Titulações com EDTA 455 Destaque 17-7 Kits de Testes para Dureza da Água 457 PARTE IV Métodos Eletroquímicos 461 Uma conversa com Allen J. Bard 462 Capítulo 18 Introdução à Eletroquímica A A Caracterização de Reações de Oxidação-Redução 464 Destaque 18-1 Balanceamento de Equações Redox B Células Eletroquímicas 468 Destaque 18-2 A Célula Gravitacional de Daniel C Potenciais de Eletrodo 472 Destaque 18-3 Por Que Não Podemos Medir os Potenciais Absolutos de Eletrodo 476 Destaque 18-4 Convenções de Sinais na Literatura Antiga 484 Destaque 18-5 Por Que Existem Dois Potenciais de Eletrodo para o Br 2 na Tabela 18-1? 486 Capítulo 19 Aplicações dos Potenciais Padrão de Eletrodo A Cálculos de Potenciais de Células Eletroquímicas B Determinação Experimental de Potenciais Padrão C Cálculos de Constantes de Equilíbrio Redox 501 Destaque 19-1 Sistemas Redox Biológicos 501 Destaque 19-2 Uma Expressão Geral para os Cálculos de Constantes de Equilíbrio a partir de Potenciais Padrão D Construção de Curvas de Titulação Redox 507 Destaque 19-3 Estratégia da Equação-Mestre Inversa para as Curvas de Titulação Redox E Indicadores de Oxidação-Redução 518 Destaque 19-4 Velocidades de Reações e Potenciais de Eletrodo F Pontos Finais Potenciométricos 521 Capítulo 20 Aplicações das Titulações de Oxidação- Redução A Reagentes Oxidantes e Redutores Auxiliares B Aplicações de Agentes Redutores Padrão C Aplicações de Agentes Oxidantes Padrão 532 Destaque 20-1 Determinação de Espécies de Cromo em Amostras de Água 535 Destaque 20-2 Antioxidantes 538 Capítulo 21 Potenciometria A Princípios Gerais B Eletrodos de Referência C Potenciais de Junção Líquida D Eletrodos Indicadores 558 Destaque 21-1 Um Eletrodo Íons-Seletivo de Membrana Líquida de Fácil Construção 570 Destaque 21-2 A Estrutura e o Desempenho de Transistores de Efeito de Campo Íons-Seletivos 572 Destaque 21-3 Teste de Beira de Leito: Gases e Eletrólitos Sangüíneos com Instrumentos Portáteis E Instrumentos para a Medida do Potencial de Célula 577 Destaque 21-4 O Erro de Carga em Medidas Potenciométricas 577 Destaque 21-5 Medidas de Voltagem com Amplificadores Operacionais F Potenciometria Direta G Titulações Potenciométricas H Determinação Potenciométrica de Constantes de Equilíbrio 590 Capítulo 22 Eletrólise Completa: Eletrogravimetria e Coulometria A O Efeito da Corrente no Potencial da Célula 597 Destaque 22-1 Sobrevoltagem e Baterias de Chumbo/Ácido 604

8 x FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA 22B A Seletividade dos Métodos Eletrolíticos C Métodos Eletrogravimétricos D Métodos Coulométricos 611 Destaque 22-2 Titulação Coulométrica de Cloreto em Fluidos Biológicos 620 Capítulo 23 Voltametria A Sinais de Excitação B Voltametria de Varredura Linear 629 Destaque 23-1 Instrumentos Voltamétricos Baseados em Amplificadores Operacionais C Métodos Voltamétricos e Polarográficos de Pulso D Voltametria Cíclica 655 Destaque 23-2 Eletrodos Modificados E Métodos de Redissolução F Voltametria com Microeletrodos 663 PARTE V Análise Espectroquímica 667 Uma conversa com Gary M. Hieftje 668 Capítulo 24 Introdução aos Métodos Espectroquímicos A Propriedades da Radiação Eletromagnética B Interação da Radiação com a Matéria 674 Destaque 24-1 A Espectroscopia e a Descoberta dos Elementos C Absorção da Radiação 678 Destaque 24-2 Derivação da Lei de Beer 680 Destaque 24-3 Por que uma Solução Vermelha é Vermelha? D Emissão de Radiação Eletromagnética 693 Capítulo 25 Instrumentos para a Espectrometria Óptica A Componentes dos Instrumentos 704 Destaque 25-1 Fontes de Laser: Uma Luz Fantástica 708 Destaque 25-2 Derivação da Equação Destaque 25-3 Construção de Redes 716 Destaque 25-4 Derivação da Equação Destaque 25-5 Sinais, Ruído e Razão Sinal-Ruído 721 Destaque 25-6 Medidas de Fotocorrentes com Amplificadores Operacionais B Fotômetros e Espectrofotômetros Ultravioleta/Visível C Espectrofotômetros Infravermelhos 733 Destaque 25-7 Como Funciona um Espectrômetro com Transformada de Fourier? 735 Capítulo 26 Espectrometria de Absorção Molecular A Espectroscopia de Absorção Molecular no Ultravioleta e Visível B Métodos Fotométricos e Espectrofotométricos Automatizados C Espectrofotometria de Absorção no Infravermelho 768 Destaque 26-1 Produção de um Espectro em um Espectrômetro FTIR 772 Capítulo 27 Espectroscopia de Fluorescência Molecular A Teoria da Fluorescência Molecular B Efeito da Concentração na Intensidade de Fluorescência C Instrumentos para Fluorescência D Aplicações dos Métodos de Fluorescência 788 Destaque 27-1 Uso de Sondas Fluorescentes em Neurobiologia: Investigando a Mente Iluminada E Espectroscopia de Fosforescência Molecular F Métodos de Quimioluminescência 792 Capítulo 28 Espectroscopia Atômica A As Origens dos Espectros Atômicos B Produção de Átomos e Íons C Espectrometria de Emissão Atômica D Espectrometria de Absorção Atômica 814 Destaque 28-1 Determinação de Mercúrio por Espectroscopia de Absorção Atômica de Vapor Frio E Espectrometria de Fluorescência Atômica F Espectrometria de Massas Atômicas 824 PARTE VI Cinética e Separações 831 Uma conversa com Isiah M. Warner 832 Capítulo 29 Métodos Cinéticos de Análise A Velocidade das Reações Químicas 835 Destaque 29-1 Enzimas B Determinação da Velocidade de Reação 848 Destaque 29-2 Reações Rápidas e Mistura Seguida por Interrupção de Fluxo C Aplicações dos Métodos Cinéticos 855 Destaque 29-3 Determinação Enzimática de Uréia 856 Capítulo 30 Introdução às Separações Analíticas A Separação por Precipitação B Separações de Espécies por Destilação C Separação por Extração 867 Destaque 30-1 Derivação da Equação D Separação de Íons por Troca Iônica 872 Destaque 30-2 Tratamento de Água de Uso Doméstico E Separações Cromatográficas 875 Destaque 30-3 Qual é a Origem dos Termos Prato e Altura de Prato? 883 Destaque 30-4 Derivação da Equação

9 SKOOG, WEST, HOLLER E CROUCH Sumário xi Capítulo 31 Cromatografia Gasosa A Instrumentos para a Cromatografia Gás-Líquido B Colunas de Cromatografia Gasosa e Fases Estacionárias C Aplicações da Cromatografia Gás-Líquido 914 Destaque 31-1 Uso da CG-MS na Identificação de um Metabólito de um Medicamento no Sangue 916 Destaque 31-2 Cromatografia Gasosa de Alta Velocidade D Cromatografia Gás-Sólido 920 Capítulo 32 Cromatografia Líquida de Alta Eficiência A Instrumentação 925 Destaque 32-1 Cromatografia Líquida (CL)/ Espectrometria de Massas (MS) e CL-MS-MS B Cromatografia de Alta Eficiência por Partição C Cromatografia de Alta Eficiência por Adsorção D Cromatografia por Troca Iônica E Cromatografia por Exclusão por Tamanho 939 Destaque 32-2 Buckyballs: A Separação Cromatográfica de Fulerenos F Cromatografia por Afinidade G Cromatografia Quiral H Comparação entre a Cromatografia Líquida de Alta Eficiência e a Cromatografia Gasosa 943 Capítulo 33 Outros Métodos de Separação A Cromatografia Supercrítica B Cromatografia Planar C Eletroforese Capilar 953 Destaque 33-1 Arranjo de Eletroforese Capilar para o Seqüenciamento de DNA D Eletrocromatografia Capilar E Fracionamento por Campo e Fluxo 963 PARTE VII Aspectos Práticos da Análise Química 969 Uma conversa com Julie Leary 970 Capítulo 34 Análise de Amostras Reais A Amostras Reais B A Escolha do Método Analítico C Exatidão na Análise de Materiais Complexos 979 Capítulo 35 Preparação de Amostras para Análise A Preparação de Amostras de Laboratório B Umidade em Amostras C Determinação de Água em Amostras 987 Capítulo 36 Decomposição e Dissolução da Amostra A Fontes de Erros na Decomposição e Dissolução B Decomposição de Amostras com Ácidos Inorgânicos em Frascos Abertos C Decomposições por Microondas D Métodos de Combustão para a Decomposição de Amostras Orgânicas E Decomposição de Materiais Inorgânicos por Fundentes 996 Glossário G-1 APÊNDICE 1 A Literatura da Química Analítica A-1 APÊNDICE 2 Constantes dos Produtos de Solubilidade a 25 C A-6 APÊNDICE 3 Constantes de Dissociação de Ácidos a 25 C A-8 APÊNDICE 4 Constantes de Formação a 25 C A-10 APÊNDICE 5 Potenciais de Eletrodo Padrão e Formais A-12 APÊNDICE 6 Uso de Números Exponenciais e Logaritmos A-15 APÊNDICE 7 Cálculos Volumétricos Usando Normalidade e Peso Equivalente A-19 APÊNDICE 8 Compostos Recomendados para a Preparação de Soluções Padrão de Alguns Elementos Comuns A-26 APÊNDICE 9 Derivação das Equações de Propagação de Erros A-28 Respostas às Questões e aos Problemas Selecionados A-33 Índice I-1

10 PREFÁCIO Fundamentos de Química Analítica é um livro-texto planejado primeiramente para uma disciplina do curso de Química de um ou dois semestres. Esta edição traz muitas aplicações em biologia, medicina, ciência dos materiais, ecologia, ciência forense e outras áreas correlatas. O uso generalizado de computadores com propósitos educacionais nos levou a incorporar muitas aplicações de planilhas eletrônicas, exemplos e exercícios. Há, também, inúmeros tópicos atuais, como espectrometria de absorção atômica e de massas, fracionamento por campo e fluxo e cromatografia quiral. Revisamos inúmeros tratamentos desatualizados para incorporar instrumentação e técnicas modernas. Reconhecemos que as disciplinas de química analítica variam de instituição para instituição, que dependem da infra-estrutura disponível, do tempo dedicado à química analítica no currículo de química e da iniciativa dos professores. Portanto, planejamos esta edição de Fundamentos de Química Analítica de maneira que os professores possam utilizar o conteúdo para suprir suas necessidades e para que os estudantes possam encontrar materiais em diferentes níveis, em descrições, ilustrações e em destaques motivadores. Objetivos Nosso objetivo principal neste livro é fornecer um fundamento completo dos princípios da química que são particularmente importantes para a química analítica. Em segundo lugar, queremos que os estudantes desenvolvam um apreço pela difícil tarefa de julgar a exatidão e a precisão de dados experimentais e de mostrar como esses julgamentos podem ser aprimorados pela aplicação de métodos estatísticos. Nosso terceiro propósito é introduzir uma ampla gama de técnicas que sejam úteis na química analítica moderna. Mais do que isso, nossa esperança é que com o auxílio deste livro os estudantes possam desenvolver as habilidades necessárias para resolver problemas analíticos quantitativos, particularmente com a ajuda de planilhas eletrônicas, que são atualmente acessíveis. Finalmente, pretendemos transmitir alguns conhecimentos laboratoriais que darão aos estudantes confiança em sua habilidade de obter dados analíticos de alta qualidade. Abrangência e Organização O material deste livro abrange tanto os aspectos fundamentais quanto os práticos da análise química. Dessa forma, os leitores poderão observar que organizamos esta edição de uma maneira diferente. Particularmente, dispomos os capítulos em partes que agrupam tópicos correlatos. Existem sete partes principais que sucedem a breve introdução do Capítulo 1. A Parte I cobre as ferramentas da química analítica e engloba sete capítulos. O Capítulo 2 discute os produtos químicos e os equipamentos utilizados no laboratório de analítica, incluindo muitas fotografias de operações analíticas. O Capítulo 3, intitulado Utilização de Planilhas de Cálculo em Química Analítica, corresponde a uma introdução tutorial ao uso de planilhas eletrônicas em química analítica. O Capítulo 4 revisa os cálculos básicos da química analítica, incluindo expressões de concentração e relações estequiométricas. Os Capítulos 5, 6 e 7 apresentam os tópicos em estatística e a análise de dados, que são importantes na química analítica e incorporam o uso extensivo de cálculos com planilhas eletrônicas. A Análise de Variância, ANOVA, é o novo tópico incluído no Capítulo 7. O Capítulo 8, denominado Amostragem, Padronização e Calibração, além de consolidar a cobertura de tópicos, como amostragem, manuseio de amostras, padrões internos e externos e adição de padrão, inclui uma nova cobertura sobre calibração e padronização. A Parte II apresenta os princípios e aplicações de sistemas em equilíbrio químico na análise quantitativa. O Capítulo 9 abrange os fundamentos dos equilíbrios químicos. O Capítulo 10 discute os efeitos de eletrólitos em sistemas em equilíbrio. Uma abordagem sistemática para resolver problemas de equilíbrio em sistemas complexos é o assunto do Capítulo 11. xiii

11 xiv FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA A Parte III contempla vários capítulos que tratam da química analítica gravimétrica e volumétrica clássica. O Capítulo 12 envolve a análise gravimétrica. Nos Capítulos 13 a 17 consideramos a teoria e a prática dos métodos titulométricos de análise, incluindo as titulações ácido-base, as titulações de precipitação e as titulações complexométricas. Nesses capítulos, a abordagem sistemática no estudo do equilíbrio e do uso de planilhas eletrônicas nos cálculos é muito útil. A Parte IV é dedicada aos métodos eletroquímicos. Após uma introdução à eletroquímica, no Capítulo 18, o Capítulo 19 descreve os inúmeros empregos dos potenciais de eletrodo. As titulações de oxidação/redução são o tema do Capítulo 20, enquanto o Capítulo 21 apresenta o uso de métodos potenciométricos na obtenção de concentrações de espécies moleculares e iônicas. O Capítulo 22 considera os métodos eletrolíticos quantitativos, como eletrogravimetria e coulometria, ao passo que o Capítulo 23 discute os métodos voltamétricos, incluindo voltametria de varredura linear e voltametria cíclica, voltametria de redissolução anódica e polarografia. A Parte V contempla os métodos espectroscópicos de análise. Um material básico sobre a natureza da luz e sua interação com a matéria é apresentado no Capítulo 24. Instrumentos espectroscópicos e seus componentes são descritos no Capítulo 25. As várias aplicações dos métodos espectrométricos de absorção molecular são mostradas com algum detalhe no Capítulo 26, enquanto o Capítulo 27 é dedicado à espectroscopia de fluorescência molecular. O Capítulo 28 discute os vários métodos espectrométricos atômicos, incluindo espectrometria de massa atômica, espectrometria de emissão em plasma e espectroscopia de absorção atômica. A Parte VI engloba cinco capítulos que tratam de cinética e separações analíticas. Os métodos cinéticos de análises são abordados no Capítulo 29. O Capítulo 30 introduz as separações analíticas, incluindo os vários métodos cromatográficos. O Capítulo 31 discute a cromatografia gasosa, ao passo que a cromatografia líquida de alta eficiência é apresentada no Capítulo 32. O capítulo final dessa seção, Capítulo 33, chamado Outros Métodos de Separação, inclui uma abordagem da cromatografia em fluido supercrítico, eletroforese capilar e fracionamento por campo e fluxo. A Parte VII final consiste em quatro capítulos que tratam dos aspectos práticos da química analítica. As amostras reais são consideradas e comparadas com amostras ideais no Capítulo 34. Os métodos de preparo de amostras são discutidos no Capítulo 35, enquanto as técnicas de decomposição e dissolução de amostras são abordadas no Capítulo 36. O Capítulo 37 fornece procedimentos detalhados para 57 experimentos de laboratório, abordando muitos dos princípios e aplicações discutidos nos capítulos anteriores. Este capítulo estará disponível apenas na forma de um arquivo PDF do Adobe Acrobat na página do livro, em nosso site 1 Flexibilidade Como o livro é dividido em partes, é possível ter uma boa flexibilidade na utilização do material. Muitas dessas partes podem ser consideradas de forma independente ou ainda abordadas em uma ordem diferente. Por exemplo, alguns professores podem querer cobrir os métodos espectroscópicos anteriormente aos métodos eletroquímicos ou ainda os métodos de separação antes dos espectroscópicos. Importante Esta edição incorpora muitos destaques e métodos que pretendem aumentar a experiência de aprendizagem do estudante e que fornecem uma ferramenta versátil para o instrutor. Nível Matemático. Geralmente, os princípios da análise química desenvolvidos aqui são baseados em álgebra de nível universitário. Alguns dos conceitos apresentados requerem cálculo diferencial e integral básico. Exemplos. Um grande número de exemplos serve de ajuda na compreensão dos conceitos em química analítica. Mantivemos a prática de incluir unidades nos cálculos e usar o método de análise dimensional para verificar sua exatidão. Os exemplos também são modelos para a resolução de problemas encontrados ao final da maioria dos capítulos. Muitos deles utilizam cálculos com planilhas eletrônicas, como descrito a seguir. Novo! Cálculos com Planilhas Eletrônicas. Em todo o livro introduzimos planilhas para a resolução de problemas, análises gráficas e inúmeras outras aplicações. O Microsoft Excel 2 foi adotado como referência para esses 1 NE: Os links apresentados nesta edição são referenciais, não sendo de responsabilidade da Editora sua atualização ou eventual alteração. Os demais materiais complementares também estão disponibilizados, em inglês, neste site. 2 NRT: Sempre que possível, empregou-se, neste livro, as funções e os comandos do Excel em sua versão para o português.

12 SKOOG, WEST, HOLLER E CROUCH Prefácio xv cálculos, mas os professores podem adaptar os problemas rapidamente para outros programas. Vários capítulos contêm discussões tutoriais sobre como introduzir os valores, as fórmulas e sobre como estruturar as funções. Tentamos documentar cada planilha individualmente com as fórmulas e os dados de entrada. Questões e Problemas. Um amplo conjunto de questões e problemas foi incluído ao final da maioria dos capítulos. As respostas para aproximadamente metade dos problemas são fornecidas no final do livro. Muitos dos problemas são solucionados com a utilização de planilhas eletrônicas. Esses problemas são identificados por um ícone de uma planilha colocado à margem deles. Novo! Problemas Desafiadores. A maior parte dos capítulos apresenta um problema desafiador ao final das questões e problemas habituais. Esses problemas têm a intenção de ser abertos, do tipo encontrado em pesquisa, sendo mais instigantes que o normal. Podem consistir em múltiplas etapas, envolvendo ainda pesquisa na literatura ou em sites para mais informações. Esperamos que esses problemas desafiadores estimulem discussões, estendendo os tópicos dos capítulos para novas áreas. Encorajamos os professores a utilizá-los de forma inovadora, como projetos em grupo, estudos dirigidos e discussões de estudo de casos. Destaques. Uma série de Destaques presentes em quadros assinalados é encontrada em todo o livro. Esses textos contêm aplicações interessantes da química analítica no mundo moderno, derivação de equações, explicações sobre os aspectos teóricos mais difíceis ou ainda notas históricas. Os exemplos incluem o Bafômetro (Capítulo 7), Antioxidantes (Capítulo 20), Espectroscopia com Transformada de Fourier (Capítulo 25), CL-MS e CL-MS-MS (Capítulo 32) e Eletroforese Capilar no Seqüenciamento de DNA (Capítulo 33). Ilustrações e Fotos. Acreditamos que fotografias, desenhos, ilustrações e outros tipos de recursos visuais auxiliem enormemente o processo de aprendizagem. Assim sendo, incluímos um material visual novo e atualizado para auxiliar o estudante. As fotografias foram tiradas exclusivamente para este livro pelo renomado fotógrafo químico Charles Winters, com o objetivo de ilustrar conceitos, equipamentos e procedimentos que são difíceis de ser representados por desenhos. Legendas Amplas de Figuras. Quando conveniente, tentamos fazer as legendas das figuras bastante descritivas para que sua leitura represente um segundo nível de explanação para muitos dos conceitos. Em alguns casos, as figuras falam por si próprias, como aquelas publicadas na revista Scientific American. Novo! Entrevistas. Cada parte se inicia com uma entrevista de um cientista analítico de destaque: Dick Zare (Stanford University), Sylvia Daunert (University of Kentucky), Larry Faulkner (University of Texas), Allen Bard (University of Texas), Gary Hieftje (Indiana University), Isiah Warner (Louisiana State University) e Julie Leary (University of California, em Berkeley). As entrevistas são compostas por seções de perguntas e respostas informais planejadas para dar informações acerca dos cientistas e de suas formações, os motivos pelos quais optaram pela química analítica, suas idéias sobre a importância do campo, suas áreas de pesquisa e outros assuntos interessantes. Espera-se que essas entrevistas aumentem o interesse nos assuntos, personalizando alguns dos temas abordados. Novo! Exercícios na Web. Ao final da maioria dos capítulos incluímos um breve trabalho de pesquisa pela Web. Nesse ponto, solicitamos ao estudante que colete informações na Web, visitando sites de fabricantes de equipamentos ou resolvendo problemas analíticos. Esses exercícios de pesquisa pela Web e os links apresentados foram concebidos para estimular o interesse do estudante em explorar as informações disponíveis na rede mundial de computadores. 3 Glossário. O Glossário no fim do livro define os termos, as frases, as técnicas e as operações mais importantes aqui utilizadas. Tem por objetivo dar aos estudantes um acesso rápido aos significados, sem a necessidade de pesquisa no livro-texto. Apêndices. Os Apêndices incluem um guia atualizado para a literatura em química analítica, tabelas de constantes químicas, potenciais de eletrodo e compostos químicos recomendados para a preparação de materiais padrões; seções sobre uso de logaritmos e notação exponencial e sobre normalidade e equivalente (termos que não são empregados no livro); e a derivação de equações de propagação de erros. As últimas páginas do caderno colorido contêm um quadro dos indicadores químicos, uma tabela de massas molares de compostos de especial interesse em química analítica, uma tabela internacional de massas atômicas e uma tabela periódica. Mudanças Nesta Edição Os leitores poderão observar que esta edição traz inúmeras alterações no seu conteúdo, bem como no seu estilo e formato. Conteúdo. Várias modificações foram feitas para fortalecer o livro.

13 xvi FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA Novas e excitantes aberturas no início dos capítulos fornecem um exemplo relevante de um dos tópicos apresentados. Os exemplos incluem estalagmites e estalactites como ilustrações de um processo em equilíbrio (Capítulo 9), os efeitos da chuva ácida (Capítulo 16) e as propriedades de redução/oxidação da clorofila (Capítulo 19). Muitos capítulos foram reforçados pela inclusão de exemplos com planilhas, aplicações e problemas. O Capítulo 3 apresenta um tutorial na construção e uso de planilhas eletrônicas. Os capítulos sobre estatística (Capítulos 5-7) foram atualizados e colocados em conformidade com a terminologia da estatística moderna. A Análise de Variância (ANOVA) foi incluída no Capítulo 7. A ANOVA é fácil de ser executada com planilhas eletrônicas modernas, além de ser muito útil na resolução de problemas analíticos. O Capítulo 8 consolida o material sobre a amostragem e integra outro sobre a calibração e a padronização. Os métodos, como padrões externos, padrões internos e adição de padrão, complementam este capítulo e suas vantagens e desvantagens são discutidas. O capítulo sobre titulação de precipitação foi eliminado e parte do material foi incluída no Capítulo 13, referente a métodos titulométricos. Os Capítulos 18, 19, 20 e 21, sobre células eletroquímicas e potenciais de célula, foram extensivamente revisados para elucidar a discussão e introduzir a energia livre dos processos de célula. O Capítulo 23 foi alterado para diminuir a ênfase em polarografia clássica. Atualmente, inclui uma discussão sobre a voltametria cíclica. O Capítulo 28 desta edição trata da espectrometria de massas atômicas, incluindo espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado. A fotometria de chama foi menos enfatizada. Na Parte VI, o Capítulo 30 é agora uma introdução geral às separações. Inclui extração com solvente e métodos de precipitação, uma introdução à cromatografia e uma nova seção sobre extração em fase sólida. O Capítulo 31 contém um novo material sobre espectrometria de massas moleculares e cromatografia gasosa-espectrometria de massas. O Capítulo 32 compreende novas seções sobre cromatografia de afinidade e cromatografia quiral. Uma seção sobre CL-EM foi incluída. O Capítulo 33, intitulado Outros Métodos de Separação, também foi acrescentado. Ele introduz a eletroforese capilar e o fracionamento por campo e fluxo. Estilo e Formato. Para tornar o texto mais legível e agradável ao estudante, continuamos a modificar o estilo e o formato. Tentamos utilizar sentenças mais curtas, voz mais ativa e um estilo de redação mais coloquial em cada capítulo. As legendas mais descritivas de figuras são empregadas, quando apropriadas, para permitir ao estudante a compreensão da figura e de seu significado sem a necessidade de alternância entre o texto e a legenda. Os modelos moleculares são abundantemente utilizados na maioria dos capítulos para estimular o interesse pela beleza das estruturas moleculares e para reforçar os conceitos estruturais e a química descritiva apresentada na química geral e em disciplinas mais avançadas. As fotografias, tiradas especificamente para este texto, são utilizadas quando apropriadas, para ilustrar técnicas, aparelhos e operações importantes. As notas escritas nas margens são amplamente usadas para enfatizar os conceitos discutidos recentemente ou para reforçar as informações relevantes. NT: Acrônimos e siglas foram utilizados, neste texto, procurando-se respeitar a forma como têm sido empregados pela comunidade química brasileira. As siglas foram traduzidas nos casos em que já existem normas ou consenso quanto ao seu uso em nossa língua. Nos demais casos, foram mantidos os termos originais em inglês.

14 AGRADECIMENTOS Gostaríamos de agradecer os comentários e sugestões de muitos colaboradores que criticaram a redação da edição anterior ou que avaliaram esta obra em diversos estágios. Joseph Aldstadt University of Wisconsin, Milwaukee Stephen Brown University of Delaware James Burlitch Cornell University Michael DeGrandpre University of Montana Simon Garrett Michigan State University Carol Lasko Humboldt State University Tingyu Li Vanderbilt University Joseph Maloy Seton Hall University Howard Lee McLean Rose-Hulman Institute of Technology Frederick Northrup Northwestern University Peter Palmer San Francisco State University Reginald Penner University of California, Irvine Jeanette Rice Georgia Southern University Alexander Scheeline University of Illinois, Urbana-Champaign James Schenk Washington State University Maria Schroeder United States Naval Academy Manuel Soriaga Texas A&M University Keith Stevenson University of Texas Larry Taylor Virginia Technical Institute Robert Thompson Oberlin College Richard Vachet University of Massachusetts Joseph Wang New Mexico University Em especial, agradecemos a atenção do Professor David Zellmer, da California State University, em Fresno, que revisou vários capítulos e examinou com rigor todo o manuscrito. Além disso, agradecemos os comentários e as sugestões do Professor Gary Kinsel, da University of Texas, em Arlington, e do Professor Scott Van Bramer, da Widener University, que verificou todas as resoluções dos problemas, e ao Professor Bill Vining, da University of Massachusetts, e tivemos a felicidade de ter trabalhado com Charles D. Winters, que contribuiu com muitas das novas fotos do texto e do encarte colorido. Nossa equipe de redação contou com os serviços de uma bibliotecária eficiente, Srta. Maggie Johnson. Ela nos auxiliou de várias maneiras na produção deste livro, incluindo a verificação de referências, realizando buscas na literatura e fornecendo informações básicas para muitos dos Destaques. Agradecemos sua competência, entusiasmo e bom humor. Somos gratos a muitas pessoas, incluindo o editor sênior de Desenvolvimento Sandi Kiselica, que realizou um excelente trabalho na organização deste projeto, mantendo a sua continuidade e fazendo comentários e sugestões muito importantes. Bonnie Boehme, da Nesbitt Graphics, é simplesmente o melhor editor que tivemos. Seu olhar aguçado e sua perfeita habilidade editorial muito contribuíram para a qualidade do texto. Alyssa White realizou um trabalho excelente coordenando os materiais de apoio e Jane Sanders, nossa pesquisadora fotográfica, mostrou estilo e bom humor ao lidar com as várias tarefas associadas com a aquisição de inúmeras fotos para o livro. Douglas A. Skoog Donald M. West F. James Holler Stanley R. Crouch xvii

15 A Natureza da Química Analítica CAPÍTULO 1 Aquímica analítica é uma ciência de medição que consiste em um conjunto de idéias e métodos poderosos que são úteis em todos os campos da ciência e medicina. Um fato excitante que ilustra o potencial e a relevância da química analítica ocorreu em 4 de julho de 1997, quando a nave espacial Pathfinder quicou várias vezes até estacionar no Ares Vallis, em Marte, e liberou o robô Sojourner de seu corpo tetraédrico para a superfície marciana. O mundo ficou fascinado pela missão Pathfinder. Como resultado, inúmeros sites que acompanhavam a missão ficaram congestionados pelos milhões de navegadores da rede mundial de computadores que monitoravam com atenção os progressos do minúsculo jipe Sojourner em sua busca por informações relacionadas com a natureza do planeta vermelho. O experimento-chave do Sojourner utilizou o APXS, ou espectrômetro de raios X por prótons alfa, que combina três técnicas instrumentais avançadas, a espectroscopia retrodispersiva de Rutherford, espectroscopia de emissão de prótons e fluorescência de raios X. Os dados de APXS foram coletados pela Pathfinder e transmitidos para a Terra para análise posterior, visando determinar a identidade e concentração da maioria dos elementos da tabela periódica. 1 A determinação da composição elementar das rochas marcianas permitiu que geólogos as identificassem e comparassem com rochas terrestres. A missão Pathfinder é um exemplo excelente que ilustra uma aplicação da química analítica a problemas práticos. Os experimentos realizados pela nave espacial e os dados gerados pela missão também ilustram como a química analítica recorre à ciência e à tecnologia por meio de disciplinas amplamente diversificadas, como a física nuclear e a química, para identificar e determinar as quantidades relativas das substâncias em amostras de matéria. O exemplo da Pathfinder demonstra que ambas as informações quantitativas e qualitativas são requeridas em uma análise. A análise qualitativa estabelece a identidade química das espécies presentes em uma amostra. A análise quantitativa determina as quantidades relativas das espécies, ou analitos, em termos numéricos. Os dados do espectrômetro APXS do Sojourner contêm ambos os tipos de informação. Observe que a separação química dos vários elementos contidos nas rochas foi desnecessária no experimento de APXS. Freqüentemente, uma etapa de separação é parte necessária do processo analítico. Como veremos, a análise qualitativa é muitas vezes uma parte integral da etapa de separação e a determinação da identidade dos analitos A análise qualitativa revela a identidade dos elementos e compostos de uma amostra. A análise quantitativa indica a quantidade de cada substância presente em uma amostra. Os analitos são os componentes de uma amostra a ser determinados. 1 Para informações detalhadas sobre a instrumentação APXS contida no Sojourner, vá ao endereço Acesse a página do livro e, no item material suplementar para estudantes, localize a seção Capítulo 1 e encontre os links para a descrição geral do pacote de instrumentos do Sojourner, um artigo que descreve em detalhes a operação do instrumento APXS e os resultados das análises elementares de várias rochas marcianas.

16 2 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA constitui-se em um auxílio essencial para a análise quantitativa. Neste livro, vamos explorar os métodos quantitativos de análise, os métodos de separação e os princípios que regem suas operações. 1A O PAPEL DA QUÍMICA ANALÍTICA A química analítica é empregada na indústria, na medicina e em todas as outras ciências. Considere alguns exemplos. As concentrações de oxigênio e de dióxido de carbono são determinadas em milhões de amostras de sangue diariamente e usadas para diagnosticar e tratar doenças. As quantidades de hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio e monóxido de carbono presentes nos gases de descarga veiculares são determinadas para se avaliar a eficiência dos dispositivos de controle da poluição do ar. As medidas quantitativas de cálcio iônico no soro sangüíneo ajudam no diagnóstico de doenças da tireóide em seres humanos. A determinação quantitativa de nitrogênio em alimentos indica o seu valor protéico e, desta forma, o seu valor nutricional. A análise do aço durante sua produção permite o ajuste nas concentrações de elementos, como o carbono, níquel e cromo, para que se possa atingir a resistência física, a dureza, a resistência à corrosão e a flexibilidade desejadas. O teor de mercaptanas no gás de cozinha deve ser monitorado com freqüência, para garantir que este tenha um odor ruim a fim de alertar a ocorrência de vazamentos. Os fazendeiros planejam a programação da fertilização e a irrigação para satisfazer as necessidades das plantas, durante a estação de crescimento, que são avaliadas a partir de análises quantitativas nas plantas e nos solos nos quais elas crescem. As medidas analíticas quantitativas também desempenham um papel fundamental em muitas áreas de pesquisa na química, bioquímica, biologia, geologia, física e outras áreas da ciência. Por exemplo, determinações quantitativas dos íons potássio, cálcio e sódio em fluidos biológicos de animais permitem aos fisiologistas estudar o papel desses íons na condução de sinais nervosos, assim como na contração e no relaxamento muscular. Os químicos solucionam os mecanismos de reações químicas por meio de estudos da velocidade de reação. A velocidade de consumo de reagentes ou de formação de produtos, em uma reação química, pode ser calculada a partir de medidas quantitativas feitas em intervalos de tempo iguais. Os cientistas de materiais confiam muito nas análises quantitativas de germânio e silício cristalinos em seus estudos sobre dispositivos semicondutores. As impurezas presentes nesses dispositivos estão na faixa de concentração de a %. Os arqueólogos identificam a fonte de vidros vulcânicos (obsidiana) pelas medidas de concentração de elementos minoritários em amostras de vários locais. Esse conhecimento torna possível rastrear as rotas de comércio pré-históricas de ferramentas e armas confeccionadas a partir da obsidiana. Muitos químicos, bioquímicos e químicos medicinais despendem bastante tempo no laboratório reunindo informações quantitativas sobre sistemas que são importantes e interessantes para eles. O papel central da química analítica nessa área do conhecimento, assim como em outras, está ilustrado na Figura 1-1. Todos os ramos da química baseiam-se nas idéias e nas técnicas da química analítica. A química analítica tem uma

17 SKOOG, WEST, HOLLER E CROUCH CA P. 1 A Natureza da Química Analítica 3 função similar em relação a muitas outras áreas do conhecimento listadas no diagrama. A química é freqüentemente denominada a ciência central; sua posição superior central e a posição central da química analítica na figura enfatizam essa importância. A natureza interdisciplinar da análise química a torna uma ferramenta vital em laboratórios médicos, industriais, governamentais e acadêmicos em todo o mundo. Biologia Botânica Genética Microbiologia Biologia Molecular Zoologia Química Bioquímica Química Inorgânica Química Orgânica Físico-Química Física Astrofísica Astronomia Biofísica Geologia Geofísica Geoquímica Paleontologia Paleobiologia Engenharia Civil Química Elétrica Mecânica Química Analítica Ciências do Meio Ambiente Ecologia Meteorologia Oceanografia Medicina Química Clínica Química Medicinal Farmácia Toxicologia Agricultura Agronomia Ciência dos Animais Ciência da Produção Ciência dos Alimentos Horticultura Ciência dos Solos Ciências Sociais Arqueologia Antropologia Forense Ciência dos Materiais Metalurgia Polímeros Estado Sólido Figura 1-1 Relações entre a química analítica, outras áreas da química e outras ciências. A localização central da química analítica no diagrama representa sua importância e a abrangência de sua interação com muitas outras disciplinas. Solo de Marte. Cortesia da NASA

18 4 FUNDAMENTOS DE QUÍMICA ANALÍTICA 1B MÉTODOS ANALÍTICOS QUANTITATIVOS Calculamos os resultados de uma análise quantitativa típica, a partir de duas medidas. Uma delas é a massa ou o volume de uma amostra que está sendo analisada. A outra é a medida de alguma grandeza que é proporcional à quantidade do analito presente na amostra, como massa, volume, intensidade de luz ou carga elétrica. Geralmente essa segunda medida completa a análise, e classificamos os métodos analíticos de acordo com a natureza dessa medida final. Os métodos gravimétricos determinam a massa do analito ou de algum composto quimicamente a ele relacionado. Em um método volumétrico, mede-se o volume da solução contendo reagente em quantidade suficiente para reagir com todo analito presente. Os métodos eletroanalíticos envolvem a medida de alguma propriedade elétrica, como o potencial, corrente, resistência e quantidade de carga elétrica. Os métodos espectroscópicos baseiam-se na medida da interação entre a radiação eletromagnética e os átomos ou as moléculas do analito, ou ainda a produção de radiação pelo analito. Finalmente, um grupo de métodos variados inclui a medida de grandezas, como razão massa-carga de moléculas por espectrometria de massas, velocidade de decaimento radiativo, calor de reação, condutividade térmica de amostras, atividade óptica e índice de refração. 1C UMA ANÁLISE QUANTITATIVA TÍPICA Uma análise quantitativa típica envolve uma seqüência de etapas, mostrada no fluxograma da Figura 1-2. Em alguns casos, uma ou mais dessas etapas podem ser omitidas. Por exemplo, se a amostra for líquida, podemos evitar a etapa de dissolução. Os primeiros 29 capítulos deste livro focalizam as três últimas etapas descritas na Figura 1-2. Na etapa de determinação, medimos uma das propriedades mencionadas na Seção 1B. Na etapa de cálculo, encontramos a quantidade relativa do analito presente nas amostras. Na etapa final, avaliamos a qualidade dos resultados e estimamos sua confiabilidade. Nos parágrafos que seguem, você vai encontrar uma breve visão geral sobre cada uma das nove etapas mostradas na Figura 1-2. Então, apresentaremos um estudo de caso para ilustrar essas etapas na resolução de um importante problema analítico prático. Os detalhes do estudo de caso prenunciam muitos dos métodos e idéias que você vai explorar em seus estudos envolvendo a química analítica. 1C-1 A Escolha do Método A primeira etapa essencial de uma análise quantitativa é a seleção do método, como mostrado na Figura 1-2. Algumas vezes a escolha é difícil e requer experiência, assim como intuição. Uma das primeiras questões a ser considerada no processo de seleção é o nível de exatidão requerido. Infelizmente, a alta confiabilidade quase sempre requer grande investimento de tempo. Geralmente, o método selecionado representa um compromisso entre a exatidão requerida e o tempo e recursos disponíveis para a análise. Uma segunda consideração relacionada com o fator econômico é o número de amostras que serão analisadas. Se existem muitas amostras, podemos nos dar o direito de gastar um tempo considerável em operações preliminares, como montando e calibrando instrumentos e equipamentos e preparando soluçõespadrão. Se temos apenas uma única amostra, ou algumas poucas amostras, pode ser mais apropriado selecionar um procedimento que dispense ou minimize as etapas preliminares. Finalmente, a complexidade e o número de componentes presentes da amostra sempre influenciam, de certa forma, a escolha do método. 1C-2 Obtenção da Amostra Como ilustrado na Figura 1-2, a próxima etapa em uma análise quantitativa é a obtenção da amostra. Para gerar informações representativas, uma análise precisa ser realizada com uma amostra que tem a mesma composição do material do qual ela foi tomada. Quando o material é amplo e heterogêneo, grande esforço

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20 FUNDAMENTOS DE Química Analítica a Tradução da 8 edição norte-americana ste livro aborda aspectos tanto fundamentais quanto práticos da Eanálise química. Seu maior objetivo é fornecer um fundamento completo dos princípios da química que são particularmente importantes para a química analítica, a fim de que os alunos desenvolvam habilidades para a difícil tarefa de julgar a exatidão e a precisão de dados experimentais e de mostrar como esses julgamentos podem ser aprimorados pela aplicação de métodos estatísticos. Assim, atentos à evolução contínua da química analítica, os autores incluíram nesta edição diversas aplicações em biologia, medicina, ciência dos materiais, ecologia, ciência forense e outras áreas correlatas. Há, ainda, inúmeros tópicos atuais, tais como espectrometria de absorção atômica e de massa molecular, fracionamento em fluxo tangencial e cromatografia quiral, além de uma revisão de muitos tratamentos do passado para incorporar instrumentação e técnicas modernas. Aplicações Destina-se à formação profissional e aos profissionais das áreas de Química, Engenharia Química, Engenharia de Alimentos, Bioquímica, Ciência dos Materiais e demais cursos que requerem formação sólida e abrangente em Química Analítica Clássica e Instrumental Básica. Para suas soluções de curso e aprendizado, visite