Vogel: Análise Química Quantitativa

J Mendham · Capítulo 361 de 495

Páginas do PDF

Vogel: Análise Química Quantitativa

13.43 Princípios básicos

Nas técnicas normais de polarografia d.c., o limite de detecção é da ordem

de 10–5 –1 M ou, aproximadamente, 1 μg·g, e pode ser aumentado por um

fator de 2 a 10 com o uso de técnicas diferenciais de pulso até limites

ótimos de detecção da ordem de 100 μg·kg–1. A limitação intrínseca destas

técnicas, entretanto, é que as reações redox observadas ocorrem em uma

pequena camada de líquido perto do eletrodo de trabalho, a região de

difusão, que, no caso de baixas concentrações, contém um número muito

pequeno de íons. As técnicas extrativas de análise foram desenvolvidas para

permitir que um número maior de íons de uma dada solução possam

reagir. Estes procedimentos aumentam a sensibilidade por um fator de 3 a 4

ordens de grandeza em relação às técnicas clássicas, isto é, permitem

limites de detecção da ordem de 1 μg·kg–1. Os limites destas técnicas, aliás,

são impostos por impurezas nos reagentes ou por adsorção na aparelhagem

e não pelos analitos.

A voltametria extrativa é um processo em duas etapas, das quais a

primeira é a concentração dos íons provenientes da solução por

eletrodeposição em um eletrodo de área superficial pequena, e a segunda é a

extração eletrolítica da espécie de interesse deste eletrodo para a solução. A

etapa de deposição pode ser um processo catódico em que íons de metal se

reduzem, digamos, em um eletrodo de mercúrio para dar um amálgama, ou

um processo anódico em que o mercúrio se oxida a Hg+ que, por sua vez,

reage com certos ânions para dar sais mercurosos insolúveis que formam

um filme na superfície do eletrodo. O produto desta primeira etapa é, então,

extraído para a solução por um potencial negativo (catódico). O primeiro

dos dois processos é mais usado e as etapas envolvidas são:

 

Deposição Aplica-se um potencial negativo na solução para dar

 

M + – n (amálgama de Hg) + n e → M

 

Extração Faz-se a varredura de potenciais negativos para positivos e

M + – → M + n e

(Hg) n

 

Como o estágio analítico deste processo implica um potencial que se

desloca para o positivo, ele é dito voltametria de extração anódica (ASV).

De maneira semelhante, a voltametria de extração catódica tem as seguintes

etapas

 

Deposição

 

Extração – – Hg X + 2e → 2Hg + 2X

2 2

 

A etapa de extração é semelhante aos processos que já discutimos e a curva

polarográfica correspondente tem um pico no potencial de redução (ou

oxidação) de cada espécie que retorna à solução. Estes picos são

proporcionais à quantidade de material que foi pré-concentrado no

eletrodo. No processo, o material existente em um grande volume de

solução concentra-se em uma pequena área superficial da qual é

posteriormente removido. A quantidade de material que se deposita no

eletrodo deve ser, portanto, cuidadosamente controlada para que a relação

com a concentração da substância seja significativa. Isto é feito pelo

controle da área superficial do eletrodo, do potencial aplicado, da duração

da etapa de deposição e da velocidade de agitação da solução. Pode parecer

uma tarefa complicada, porém poucas modificações são necessárias na

aparelhagem usada no DPP, isto é, na HMDE e na eletrônica associada. A

velocidade de agitação da solução deve ser constante.

Utilize um sistema polarográfico com um HMDE ou um SMDE e uma

solução, livre de oxigênio, de um eletrólito de suporte puro e concentração

baixa de um ou mais íons que sofrem redução no catodo de mercúrio.

Coloque o potenciostato do polarógrafo em um valor fixo, 0,2 a 0,4 V mais

negativo do que o maior potencial de redução dos íons presentes, para que

ocorra eletrólise com deposição de metais no catodo HMDE e formação de

amálgama. A velocidade de formação do amálgama é governada pela

intensidade da corrente que flui, pelas concentrações dos íons que se reduzem e pela velocidade com que os íons migram para o eletrodo. Esta

última variável pode ser controlada pela velocidade de agitação da solução.

Com o tempo, praticamente todos os íons que se reduzem transferem-se

para o catodo de mercúrio, mas a exaustão completa da solução não é

necessária neste procedimento e, na prática, a eletrólise é feita por um

período de tempo cuidadosamente controlado para que uma fração dos íons

(10%, por exemplo) seja descarregada. Esta operação é freqüentemente

conhecida pelo nome de etapa de concentração: os metais concentram-se no

volume relativamente pequeno da gota de mercúrio.

Interrompa a agitação, mantendo a corrente de eletrólise, e deixe a célula

em repouso por cerca de 30 segundos. Isto faz com que a solução entre em

equilíbrio mecânico e que a etapa de extração seja feita sem agitação.

Coloque o potenciostato na posição reversa, começando do potencial final

usado na eletrólise. Neste processo, um potencial positivo se desenvolve

gradualmente no HMDE, que agora é o anodo da célula. Meça a corrente e

faça o gráfico corrente–voltagem. A corrente, devida à solução de eletrólito,

cresce inicialmente, em correspondência com a corrente residual da

polarografia convencional. Quando o potencial se aproxima do potencial de

oxidação de um dos metais dissolvidos no mercúrio, íons deste metal

passam do amálgama para a solução e a corrente cresce rapidamente até

atingir um valor máximo em que o potencial é aproximadamente igual ao

potencial de oxidação apropriado.

Diz-se que o metal foi “extraído” do amálgama e, se o potencial fosse

mantido no valor da corrente máxima, eventualmente todos os íons deste

metal retornariam à solução. Como o potencial continua a aumentar, a

corrente diminui e volta a um valor aproximadamente constante. Em outras

palavras, a curva mostra um pico. Se o potencial continua a aumentar,

outros picos são produzidos quando os potenciais de oxidação dos demais

metais presentes no amálgama forem alcançados (Fig. 13.27(a)). Observe

que embora um potencial crescente seja aplicado, a curva mostra picos e

não degraus. Até certo ponto, as larguras destes picos dependem do

tamanho do eletrodo e da velocidade de varredura do potencial anódico, mas, em certas condições, a altura do pico é proporcional à concentração

original do íon metálico em solução.

 

Fig. 13.27 –1 –1 Voltametria extrativa: (a) extração d.c. em 50 mV·s ; (b) DPSAV em 2 mV·s.

 

É possível obter picos mais finos e intensos (Fig. 13.27(b)) se em vez de

aplicar uma varredura d.c. relativamente rápida (10 a 100 mV·s–1) for usado

o modo diferencial de pulso (em 2 a 5 mV·s–1). A voltametria extrativa

anódica diferencial de pulso (DPASV) é o método utilizado para determinar

certos metais em concentrações muito baixas (Seção 13.46). A técnica,

porém, não pode ser utilizada para todos os cátions porque a produção de

um amálgama durante a etapa de deposição é necessária. Os seguintes

metais têm sido determinados por DPASV:

 

antimônio gálio mercúrio

arsênico germânio prata

bismuto ouro tálio

cádmio índio estanho

cobre chumbo zinco No caso de ouro, prata e mercúrio, deve-se usar um eletrodo sólido em