Vogel: Análise Química Quantitativa

J Mendham · Capítulo 328 de 495

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Vogel: Análise Química Quantitativa

13.10 Aparelhagem e técnicas em geral

C – = C e

t k’t 0

 

Esta equação corresponde a uma reação de primeira ordem, logo, a fração

de material que sofreu eletrólise em um determinado tempo não depende da

concentração inicial. Se o limite de acurácia da determinação for

considerado como Ct = 0,001 C0, o tempo t necessário para atingir este resultado também não depende da concentração inicial. A constante k′ é

igual a Am/V, onde A é a área do eletrodo relevante, V é o volume da

solução e m é o coeficiente de transferência de massa do eletrólito [6].

Segue-se que para que t seja pequeno, A e m devem ser grandes e V

pequeno, o que permite fazer a coulometria com potencial controlado em

três diferentes situações: soluções sob agitação, soluções em regime de

fluxo e soluções em células de cavidade rasa.

 

13.10 Aparelhagem e técnicas em geral

 

O número de coulombs usados era determinado originalmente com um

coulômetro de prata, de iodo ou de hidrogênio/oxigênio colocado no

circuito. A extensão da reação química no coulômetro pode ser determinada

e, com isso, o número de coulombs pode ser calculado. Nos instrumentos

mais modernos usa-se um integrador eletrônico para medir a quantidade de

eletricidade.

 

Aparelhagem

 

A fonte de corrente é um potenciostato, usado juntamente com um eletrodo

de referência (usualmente um eletrodo de calomelano saturado) para

controlar o potencial do eletrodo de trabalho. O circuito usado é o da Fig.

13.4, com adição de um integrador ou um coulômetro.

No caso da coulometria em solução com agitação, costuma-se usar um

catodo de mercúrio adaptado. Usualmente, a célula tem capacidade de cerca

de 100 ml, uma cobertura em Teflon (que se ajusta à parte superior da

célula de vidro) e um tubo de nitrogênio ou outro gás inerte, usado para a

remoção do ar dissolvido. O excesso de nitrogênio escapa pela abertura por

onde passa o agitador de vidro. A remoção do ar é necessária porque o oxigênio sofre redução no catodo de mercúrio na voltagem de –0,05 V em

relação ao eletrodo de calomelano saturado (SCE) e o produto interfere na

determinação da maior parte das substâncias. A área do catodo de mercúrio

é de cerca de 20 cm2. Dois tipos de anodo, imersos diretamente na solução

de interesse, são usados: um fio helicoidal de prata (~2,6 mm de diâmetro,

cuja hélice tem 5 cm de comprimento e 3 cm de diâmetro, com área de

cerca de 100 cm 2 2 ) ou um cilindro de tecido de platina (área de 75 cm)

montados verticalmente e co-axiais com o agitador mecânico. O anodo de

prata é usado em soluções que contêm metais como o bismuto que se

oxidam a óxidos superiores insolúveis no anodo de platina. Adiciona-se íon

cloreto em quantidade pelo menos igual à quantidade da reação no catodo

(porém, é melhor adicionar um excesso de 50 a 100%). A reação no anodo

de prata é

 

Ag + Cl ⇋ AgCl + e

 

No caso de metais que não são reduzidos por hidrazina, usase este

composto como despolarizador no anodo de platina:

 

O desprendimento de nitrogênio ajuda a remover o ar dissolvido. Uma

ponte salina (um tubo de 4 mm) ligada ao eletrodo de calomelano saturado,

cheia com gel de ágar 3% saturado com cloreto de potássio e coberta, é

colocada a 1 mm da superfície do catodo de mercúrio em repouso. Quando

o mercúrio é agitado, a cobertura da ponte toca a superfície. A interface

mercúrio/solução (não somente a solução) deve ser vigorosamente agitada,

o que é feito por imersão parcial das asas do agitador de vidro no mercúrio.

Uma das vantagens importantes do catodo de mercúrio é que o melhor

potencial de controle de uma separação pode ser determinado facilmente

com polarogramas obtidos com o eletrodo de mercúrio gotejante. Este

potencial corresponde ao início da região de corrente de difusão

polarográfica (Seção 13.28). Não há, geralmente, vantagens em se usar um

potencial de controle acima de 0,15 V além do potencial de meia onda. A

Tabela 13.4 dá alguns valores do potencial de meia onda, E1/2, e valores apropriados para o potencial no catodo.

 

Tabela 13.4 Deposição de metais em potencial controlado no catodo de mercúrio

 

Elemento Eletrólito de Potencial vs SCE (V)

suporte

 

E1/2 Ecatodo

 

Cu tartarato ácido de –0,09 –0,16

sódio 0,5 M pH

4,5

 

Bi tartarato ácido de –0,23 –0,40

sódio 0,5 M pH

4,5

 

Pb tartarato ácido de –0,48 –0,56

sódio 0,5 M pH

4,5

 

Cd 1 M NH Cl + 1 M –0,81 –0,85 4

NH (aq) 3

 

Zn 1 M NH Cl + 1 M –1,33 –1,45 4

NH (aq) 3

 

Ni piridina 1 M + HCl, –0,78 –0,95

pH 7,0

Co piridina 1 M + HCl, –1,06 –1,20

pH 7,0

 

Informações detalhadas sobre a determinação de cerca de 50 elementos

por esta técnica podem ser encontradas na literatura [7,8]. É possível

separar Cu e Bi, Cd e Zn, Ni e Co, o que é difícil de se fazer com outros

procedimentos. A indústria nuclear usa freqüentemente esta metodologia.

Ácido tricloro-acético e 2,4,6-trinitro-fenol, por exemplo, se reduzem no

catodo de mercúrio de acordo com as equações

 

Cl - + - -CCOO + H + 2e ⇋ CHCl COO + Cl

3 2

C + H (NO ) (OH) + 18H + 18e ⇋ C H (NH ) (OH) + 6H O

6 2 2 3 6 2 2 3 2

 

e podem, portanto, ser determinados coulometricamente [9].

 

Técnica geral

 

Para fazer uma determinação coulométrica em potencial controlado use o

seguinte procedimento geral. Coloque o eletrodo de suporte (50 a 60 ml) na

célula e faça passar uma corrente de nitrogênio pela solução por cerca de 5

minutos para remover o ar. Deixe entrar o catodo de mercúrio pela torneira

da parte inferior da célula, elevando o reservatório de mercúrio. Comece a

agitação e ajuste a tampa da ponte salina do eletrodo de referência para que

ela toque a superfície ou mergulhe ligeiramente no mercúrio. Ajuste o

potenciostato até o potencial desejado e comece a eletrólise, passando

sempre a corrente de nitrogênio. Continue o processo até que a corrente caia

a um valor muito pequeno (a corrente de fundo). Esta primeira eletrólise

remove traços de impurezas que podem ser reduzidas. A corrente cai

usualmente até 1 mA ou menos, após 10 minutos. Transfira com uma pipeta

um volume conhecido (10 a 40 ml) da solução de amostra para a célula e

faça a eletrólise até que a corrente caia para o valor observado na eletrólise

do eletrólito de suporte. O processo se completa, geralmente, em uma hora. Faça a leitura do integrador eletrônico e calcule o peso do metal depositado,